Sunčeva energija (Zdeslav Matić) Predavanje o obnovljivim izvorima sunčane energije

1. Sunčeva energija
Zdeslav Matić
Energetski institut Hrvoje Požar
T: (01) 6326114
E: zmatic@eihp.hr
Graditeljska škola Čakovec, 9. siječnja 2007. godine

2. Struktura predavanja
■ Projekt REVETIS
■ Obnovljivi izvori energije
■ Sunčevo zračenje
■ Sunčana arhitektura
■ Toplinski sunčani sustavi
■ Sunčane elektrane
REVETIS predavanja 2

3. Projekt REVETIS
■ REVETIS-Regionalni centar strukovnog obrazovanja u
održivoj gradnji i obnovljivim izvorima energije
■ Program CARDS 2003 Europske komisije, projekt
Unapređenje strukovnih škola i strukovnog obrazovanja
■ Cilj projekta:
□ Uspostava partnerstva EIHP-GŠČ
□ Razvoj novog nastavnog plana
□ Izgradnja i opremanje laboratorija za održivu gradnju i obnovljive
izvore energije
□ Izrada nastavnih materijala iz područja održive gradnje i
obnovljivih izvora energije
□ Obrazovanje profesora, učenika i stanovnika grada i županije u
području održive gradnje i obnovljivih izvora energije
REVETIS predavanja 3

4. Obnovljivi izvori energije
■ “Sunčani” obnovljivi izvori
□ Sunčeva energija
□ Energija vodnih snaga
• Hidroenergija
• Energija valova…
□ Energija vjetra
□ Biomasa
■ “Ne-sunčani” obnovljivi izvori
□ Geotermalna energija
□ Energija vodnih snaga
• Energija plime i oseke
REVETIS predavanja 4

5. Sunčeva energija
■ Terminologija:
□ Solarno ili Sunčevo/sunčano?
“Sunčeva” energija “sunčane” ćelije
“Sunčevo” zračenje “sunčani” kolektor
“Sunčev” vjetar “sunčane” naočale
“Sunčeve” pjege “sunčane” pjege
□ Tehnički odbor TO 180 Hrvatskog zavoda za norme: rad na
normi HRN ISO 9488:1999 Sunčeva energija: rječnik
REVETIS predavanja 5

6. Sunčeva energija
■ Potencijal Sunčeve energije
□ 74,3 milijuna GWh dozračene energije ukupnog Sunčevog
zračenja godišnje na području Republike Hrvatske
□ ukupno proizvedena primarna energija u Republici Hrvatskoj u
2005. godini je 55,2 tisuća GWh
■ Primjene Sunčeve energije
□ Proizvodnja topline (topla voda, grijanje/hlađenje prostora,
kuhanje)
□ Proizvodnja električne energije
□ Dnevna rasvjeta
□ Desalinizacija
REVETIS predavanja 6

7. Sunčeva energija
Tehnologija
■ “pasivna i “aktivna”
■ “koncentrirajuća” i “nekoncentrirajuća”
■ Sunčane elektrane
■ Sunčana arhitektura
■ Toplinski sunčani sustavi
■ Sunčana kuhala
REVETIS predavanja 7

8. Sunčevo zračenje
■ Ekstraterestričko zračenje
REVETIS predavanja 8

9. Sunčevo zračenje
■ Slabljenje zračenja na putu kroz atmosferu
REVETIS predavanja 9

10. Sunčevo zračenje
■ Izravno, raspršeno i odbijeno Sunčevo zračenje
REVETIS predavanja 10

11. Sunčevo zračenje
■ Karta ukupnog Sunčevog zračenja
REVETIS predavanja 11

12. Sunčana arhitektura
■ Cilj-osigurati ugodnu klimu unutrašnjih prostora
tijekom godine:
□ Grijanje
□ Hlađenje
□ Svjež zrak
□ Rasvjeta
■ Integralni (holistički) pristup
■ Strategije:
□ Pasivno sunčano grijanje
□ Pasivno hlađenje
□ Rasvjeta
□ Prirodna ventilacija
REVETIS predavanja 12

13. Sunčana arhitektura
■ Osnovni principi sunčane arhitekture
1. Izabrati lokaciju dobro izloženu Sunčevom zračenju
2. Zgradu orijentirati ±10°od juga
3. Najveći broj prozora ugraditi na južnoj strani zgrade
4. Malo prozora ugraditi na sjevernoj, istočnoj i
zapadnoj strani zgrade
5. Ugraditi nadstrešnicu na južne prozore, zaštititi
istočne i zapadne prozore
6. Osigurati toplinsku masu u zgradi
7. Zgradu dobro toplinski izolirati
REVETIS predavanja 13

14. Sunčana arhitektura
■ Princip 1. Izabrati lokaciju dobro izloženu
Sunčevom zračenju
□ U okviru mogućnosti parcele
□ Nužna analiza prije početka gradnje
□ Sunčev dijagram: cilindrični, polarni
□ Vegetacija!
REVETIS predavanja 14

15. Sunčana arhitektura
■ Cilindrični Sunčev dijagram
REVETIS predavanja 15

16. Sunčana arhitektura
■ Cilindrični Sunčev dijagram
REVETIS predavanja 16

17. Sunčana arhitektura
■ Polarni Sunčev dijagram
REVETIS predavanja 17

18. Sunčana arhitektura
■ Princip 2. Zgradu orijentirati ±10°od juga
□ princip to važniji što je klima hladnija
□ manje važno za toplije klime –potrebni spriječiti
pregrijavanje E i W strane zgrade
□ SE bolje od SW
□ pravokutni tlocrt, omjer 1,2-1,5
REVETIS predavanja 18

19. Sunčana arhitektura
■ Gubitak sunčanog doprinosa odstupanjem od
juga
REVETIS predavanja 19

20. Sunčana arhitektura
■ Urbano planiranje i sunčani doprinos
REVETIS predavanja 20

25. Sunčana arhitektura
■ Orijentacija zagrebačkih supernebodera
Braće Domany “Super Andrija” “Mamutica”
REVETIS predavanja 25

28. Sunčana arhitektura
■ Princip 3. Najveći broj prozora ugraditi na
južnoj strani zgrade
□ Prozori-”kolektori”
□ 7-12% tlocrtne površine ostakljeno
□ Paziti na toplinsku masu
■ Princip 4. Malo prozora ugraditi na sjevernoj,
istočnoj i zapadnoj strani zgrade
□ Prozori na E i W strani povećavaju toplinske primitke
ljeti
□ Prozori na W strani povećavaju toplinske gubitke zimi
□ Do 4% tlocrtne površine ostakljeno
REVETIS predavanja 28

29. Sunčana arhitektura
■ Princip 5. Ugraditi nadstrešnicu na južne prozore,
zaštititi istočne i zapadne prozore
□ Rolete, “škure”, “grile”…
□ Vegetacija posebno važna
REVETIS predavanja 29

30. Sunčana arhitektura
■ Strategija zasjenjivanja
□ 15.5-28.7. zasjenjivanje
□ 15.11-27.1. osunčavanje
90
80 polusjena potpuna sjena polusjena potpuno
osunčano
70
60 φ=41°
visina Sunca
50 φ=46°
40
30
20
10
0
100 200 300
redni broj dana u godini
REVETIS predavanja 30

31. Sunčana arhitektura
■ Princip 6. Osigurati toplinsku masu u zgradi
□ Toplinska masa:
• Slobodna (namještaj)
• Strukturna (zidovi, podovi)
□ Toplinu upija danju, otpušta noću
□ Važna boja i razmještaj
□ Zidovi važniji
□ Optimalna debljina do 10 cm
□ Suha gradnja (gipskarton) problematična
REVETIS predavanja 31

32. Toplinski sunčani sustavi
■ Primjene
□ Individualni sustavi za pripremu tople vode
□ Individualni sustavi za pripremu tople vode i grijanje
prostora (kombi-sustavi)
□ Sunčane kotlovnice
□ Sunčane toplane
REVETIS predavanja 32

33. Toplinski sunčani sustavi
■ Individualni sustavi za pripremu tople vode
■ Najvažniji dijelovi:
□ Sunčani kolektor
□ Spremnik tople vode
REVETIS predavanja 33

34. Toplinski sunčani sustavi
■ Sunčani kolektori
□ Ravni (pločasti)
□ Vakumski
□ Bazenski
REVETIS predavanja 34

35. Toplinski sunčani sustavi
■ Ravni sunčani kolektori
3.Kućište
6.Otvor za ventilaciju
7.Poliuretanska izolacija
9.Sigurnosno kaljeno staklo
10.Bakrene cijevi
11.Sabirna bakrena cijev
12.Mineralna vuna
13.Absorber
REVETIS predavanja 35

36. Toplinski sunčani sustavi
■ Ravni sunčani kolektori
□ Selektivni apsorber
REVETIS predavanja 36

37. Toplinski sunčani sustavi
■ Sunčani kolektori
□ Učinkovitost
REVETIS predavanja 37

38. Toplinski sunčani sustavi
■ Sunčani kolektori u EU
□ Proizvedeno 1400 MWt (2 milijuna m2)
□ Ukupno instalirano 15 mil.m2 (10,9 GWt)
□ Godišnji rast proizvodnje 26%
REVETIS predavanja 38

39. Toplinski sunčani sustavi
■ Spremnici za toplu vodu
□ Stratifikacija
REVETIS predavanja 39

40. Toplinski sunčani sustavi
■ Mali sunčani sustavi
■ Najčešća dva principa:
□ Termosifonski
□ Sustav s prisilnom cirkulacijom
REVETIS predavanja 40

41. Toplinski sunčani sustavi
■ Mali sunčani sustavi
□ Primjer rada sustava na području Čakovca
□ f-Chart simulacija: 4 m2 (S,30°), 300l, 50 l/os, od 12 do 50°C
REVETIS predavanja 41

42. Toplinski sunčani sustavi
■ Mali sunčani sustavi
□ Primjer rada sustava na području Čakovca
□ f-Chart simulacija: 4 m2 (S, 30°), 300l, 50 l/os, od 12 do 50°C
1,05
1,00
0,95
0,90
0,85
Sunčani stupanj pokrivanja f (crveno)
0,80
0,75
(sivo)
0,70
0,65
0,60
Stupanj korisnosti
0,55
0,50
0,45
0,40
0,35
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
Siječanj Veljača Ožujak Travanj Svibanj Lipanj Srpanj Kolovoz Rujan Listopad Studeni Prosinac
REVETIS predavanja 42

43. Sunčane elektrane
Sunčane elektrane
■ S koritastim kolektorima
■ Sunčani toranj
■ Sunčani dimnjak
■ Sunčano jezero
■ Tanjuraste sunčane elektrane
■ Fotonaponske sunčane elektrane
REVETIS predavanja 43

44. Sunčane elektrane
■ Sunčane elektrane s koritastim kolektorima
REVETIS predavanja 44

45. Sunčane elektrane
■ Sunčani toranj
REVETIS predavanja 45

46. Sunčane elektrane
■ Sunčani dimnjak
REVETIS predavanja 46

47. Sunčane elektrane
■ Sunčano jezero
REVETIS predavanja 47

48. Sunčane elektrane
■ Tanjuraste sunčane elektrane
REVETIS predavanja 48

49. Fotonaponske elektrane
■ Fotonaponski efekt-izravna proizvodnja električne
energije
■ Sustavi veličine od ~W do ~MW (modularnost)
■ Pouzdana, dugovječna tehnologija bez pokretnih dijelova
(garancija na module 25 godina)
■ Energija na mjestu potrošnje
■ Energija kada je potrebna
REVETIS predavanja 49

50. Fotonaponske elektrane
■ Izravna proizvodnja električne energije
■ Ćelija – modul - sustav
REVETIS predavanja 50

51. Fotonaponske elektrane
■ Princip rada
REVETIS predavanja 51

52. Fotonaponske elektrane
■ Tehnologije
Materijal Učinkovitost Površina sustava
snage 1kW
Monokristaliničan Si 11-16% 7-9 m2
Polikristaliničan Si 10-14% 8-9 m2
EFG
Polikristaliničan SI 8-10% 9-11 m2
Tanki film 6-8% 11-13 m2
Bakar-Indij-Diselenid
Amorfni Si 4-7% 16-20 m2
REVETIS predavanja 52

53. Fotonaponske elektrane
■ Proizvodnja
□ 1700 MWp u 2005. godini -5,6 milijardi €
□ Rast >40% godišnje od 1999. godine
REVETIS predavanja 53

54. Fotonaponske elektrane
■ Proizvodnja u Hrvatskoj
□ Solaris d.o.o. Novigrad 2,4 MWp godišnje
□ Tehnologija: monokristalinični silicij
REVETIS predavanja 54

55. Fotonaponske elektrane
■ Proizvodnja u Hrvatskoj
□ Solarne ćelije d.o.o. Split 0,8 MWp godišnje
□ Tehnologija: amorfni silicij
REVETIS predavanja 55

56. Fotonaponske elektrane
■ Shema fotonaponskog sustava
□ Sunčane ćelije
□ Sunčani izmjenjivač
REVETIS predavanja 56

57. Fotonaponske elektrane
■ Izvedeni umreženi fotonaponski sustavi u Hrvatskoj
36,1 kWp Zagreb 7,14 kWp Zagreb 5,6 kWp Čakovec
Stilin d.o.o. “Solarni krov Špansko” G. Vincetić
REVETIS predavanja 57

58. Sunčeva energija
■ Umjesto zaključka
□ svugdje dostupan izvor energije
□ grije i rasvjetljuje zgrade
□ grije potrošnu toplu vodu i vodu u bazenima
□ izravno proizvodi električnu energiju
□ kvadratni metar sunčanih ćelija može proizvesti oko 100 W
električne energije
□ kvadratni metar sunčanih kolektora može proizvesti oko 700 W
topline za grijanje tople vode ili prostora
□ kvadratni metar kvalitetnog prozora može zgradi osigurati oko 600
W topline za grijanje zgrade
□ Isti kvadratni metar prozora može osigurati rasvjetu kvalitetniju od
umjetnih rasvjetnih tijela izmiještajući oko 100 W električne
energije za rasvjetu
REVETIS predavanja 58