Energija Sunevog zraenja

PASIVAN SOLARNI ZAHVAT

Termin pasivne tehnike oznaava da nije potrebno ulaganje elektrine energije,a procesi se zasnivaju na spontanim prirodnim procesima.To znai da je ova tehnologija 100% ekoloka i usavravana od prvih ljudskih naselja do danas. Upravo zato nju i propagiramo iako postoji i aktivna solarna tehnika.U kombinaciji sa modernim zaptivanjem, izolacijama i materijalima predstavljena pasivna solarna tehnika daje savrene rezultate, a ako je dopunite sa aktivnom solarnom tehnologijom dobijate autonomne sisteme, idealno reenje za kue daleko od naselja i infrastrukture.

Zagrevanje kua pomou vazdunih kolektora

Princip zagrevanja kuca pomou vazdunih kolektora prikazan je na slikama.

U toku dana zagrejani vazduh iz vazdunih kolektora prirodnom cirkulacijom prelazi u ljunak i zagreva ga, a rashlaeni vazduh iz ljunka

prelazi u kolektor. Pritom su otvori na podu unutar sobe zatvoreni.

U toku noi ili zime, poklopci u sobi su otvoreni, pa topao vazduh iz toplotnog skladita zagreva prostorije kue.

Staklena veranda

Korienje staklene verande kao sastavnog dela stambenog objekta poznato je od davnina. Staklena veranda kao nezaobilazan deo solarne arhitekture postavlja se na junu stranu zgrade. Pomou staklene verande se vri zahvat direktnog i difuznog sunevog zraenja.Pasivan zahvat sunevog zraenja pomou staklene verande i Trombovog zida prikazan je na slici.Obino se iza staklene verande nalazi masivan, tamno obojen zid koji apsorbuje prispelo sunevo zraenje.

Nou ili zimi se otvaraju gornji i donji otvor na zidu i preko gornjeg u kuu ulazi topao vazduh, a na donji izlazi hladan i kua se zagreva.

Staklena veranda i podno skladite toplote

Kao podno skladite toplote najee se koristi reni ljunak koji se deponuje ispod poda kue.Popreni presek kue sa staklenom verandom i podnim skladitem toplote.Topao vazduh se iz staklene verande pomou ventilatora prenosi do ljunka ispod poda prostorije. Topao ljunak zraenjem zagreva prostoriju, dok hladan vazduh iz ljunka u toku noi odlazi u staklenu verandu.

Vodeni zid

U svetu se pokuava da se umesto Trombovog zida koristi transparentni vodeni zid poznat pod nazivom transvol.ematski prikaz vodenog zida kao apsorbera sunevog zraenja i skladita toplote dat je na slici.

U toku dana voda celom zapreminom apsorbuje sunevo zraenje, dok je u toku noi zraenjem predaje unutranjosti kue.

Malo detaljnije za zainteresovanePASIVAN ZAHVATOsnovni elementi pasivne solarne arhitekture su: pravilna orijentacija zgrade, nadstrenica, prozori, toplotni zastori, boja zidova i nametaja, Trombov zid, vodeni zid, staklena veranda, podno skladite loplote itd.

Orijentacija zgradeKod direktnog zahvata sunevog zraenja fasadu zgrade treba orijentisati prema jugu sa moguim odstupanjem od 20 prema istoku i 30 prema zapadu. Za navedena odstupanja zgrada e primiti do 10% manje energije od energijekoju bi primila kada bi bila orijentisana strogo prema jugu. Odstupanje za 45 stepeni od juga ne umanjuje zahvaenu energiju vie od 20%.

NadstrenicaNadstrenica treba da bude takvih dimenzija da u toku leta sprei, a u toku zime omogui prodor sunevog zraenja u objekat za stanovanje. Koriste se nepokretne i pokretne nadstrenice. Sa pokretnim nadstrenicama moe da se postigne optimalni zahvat sunevog zraenja u toku cele godine.

1) sunevi zraci 22. decembra, 2) sunevi zraci /8. marta i 21. septembra, 3) sunevi zraci 21. juna

Ugao upada sunevog zraenja u objekat za stanovanje zavisi od geografskog poloaja mesta u kome se objekat nalazi, godinjeg doba i dnevnog kretanja Sunca. Dimenzije nadstrenice za naa podruja zavise od upadnog ugla sunevog zraenja 21. juna i 22. decembra, kao to se moe videti na slici.

ProzoriU solarnoj arhitekturi prozori zauzimaju 60-90% june fasade objekta za stanovanje. Veliina prozora zavisi od vrste i namene objekta, odnosno prostorija na kojima se nalaze, veliine nadstrenice, mase zidova, toplotnih zastora itd. Ograniavajui faktor prilikom dimenzionisanja prozora predstavlja mogue pregrevanje prostorija pod dejstvom sunevog zraenja.

Vertikalni krovni prozori Broj stakala na prozorima zavisi od klimatskih uslova u kojima se nalazi dati objekat. Na primer u primorju su dovoljni jednostruki prozori, u kontinentalnim delovima dvostruki, a u severnim delovima trostruki.U solarnoj arhitekturi se pored prozora koriste i krovni prozori razliitih oblika, dimenzija i poloaja.Sunevo zraenje koje je prolo kroz vertikalne krovne prozore apsorbuje se na unutranjim stranama zidova kue. U toku noi dolazi do oslobaanja apsorbovane toplote i zagrevanja vazduha u kui.Poveanje broja stakala na prozorima neznatno smanjuje prolaz sunevog zraenja, a u znatnoj meri spreava toplotne gubitke iz, prostorija.

Toplotni zastoriToplotni zastori se koriste za zatitu od pregrevanja i za spreavanje toplotnih gubitaka iz, prostorija. Toplotni zastori su pokretni i mogu da se nalaze sa unutranje ili spoljanje strane prozora. Toplotni zastori za

spreavanje pregrevanja svetlije su boje i efikasniji su ukoliko se nalaze sa spoljanje strane prozora. Toplotni zastori za spreavanje toplotnih gubitaka obino se nalaze sa unutranje strane prozora.

Boje zidova i nametajaNa zahvat sunevog zraenja utie boja zidova, zidovi tamnijih boja vie apsorbuju sunevo zraenje od zidova svetlijih boja. U solarnoj arhitekturi prihvatljivi su obojeni zidovi sa koeficijentom apsorpcije od 0,5 -0,8.

Materijal a

Koeficijent apsorpcije

Crni beton 0,91Neobojen beton 0,65Svetlija cigla 0,60Tamnocrvena cigla 0,74Mat bela boja 0,30Sjajna bela boja 0,25Tamnosiva boja 0,91Crna uljana boja 0,90Crvena uljana boja 0,74

Koeficijent apsorpcije sunevog zraenja za razliite materijale.

Pored zidova sunevo zraenje pada i na nametaj u prostorijama. Pri direktnom upadu sunevog zraenja, nametaj se vie zagreva od zidova, jer za istu povrinu ima manju masu, tako da doprinosi poveanju temperature u prostorijama. U praksi se pokazalo da je sa stanovita solarne arhitekture dozvoljeno da nametaj apsorbuje 20-30% upadnog sunevog zraenja.

Trombov zidU mestu Odeju u Pirinejima (Francuska) Felix Tromb je 1965. godine sagradio kuu sa tamnim zidom na junoj strani, koji je po njemu dobio naziv Trombov zid. Pomou ovog zida Tromb je demonstrirao mogunost efikasne pasivne toplotne konverzije sunevog zraenja. Zid je istovremeno sluio kao apsorber, kao skladite toplote i kao grejno telo za zagrevanje unutranjih prostorija.

Trombov zid se obino izrauje od cigli ili betona debljine 20-40 cm. Na rastojanju 2-10 cm ispred zida nalazi se staklo. U praksi se koriste dve konstrukcione varijante Trombovog zida: bez otvora i sa otvorima pri osnovi i vrhu zida.Nakon prolaska kroz staklo sunevo zraenje pada na Trombov zid i zagreva ga. Toplota se sa spoljanje na unutranju stranu zida prenosi konduktivnim putem. Brzina prenoenja toplote kroz Trombov zid zavisi od materijala od koga je napravljen i njegove debljine.

.Popreni presek kue sa Trombovim zidom: 1) dvostruka stakla, 2) vazduni prostor, 3) odzrani ventil, 4) Trombov zid, 5) hladan vazduh, 6) topao vazduh, 7) toplotno izolovan pod.

Trombov zid bez otvora za cirkulaciju vazduha:l) prednje staklo, 2) unutranje staklo, 3) Trombov zid

U cilju spreavanja preteranog zagrevanja prostorija ispred ili iza Trombovog zida postavljaju se odgovarajui toplotni zastori, kao to se moe videti na slikama

.Trombov zid sa unutranjim zastorom:1) prednje staklo, 2) unutranje staklo, 3) unutranji zastor

Trombov zid sa spoljanjim zastorom1) prednje staklo, 2) unutranje staklo, 3) unutranji zastor

KOMERCIJALNA UPOTREBA SOLARNE ENERGIJE - malo teorije

Izvor: ETF Beograd

Veina oblika energije nastala je ili nastaje delovanjem zraenja Sunca, npr. fosilna goriva su akumulisana energija zraenja Sunca koja su dola do Zemlje pre milion godina.Kada govorimo o energiji zraenja Sunca podrazumeva se njegovo iskorienje u trenutku kada doe do Zemlje, to je neposredno iskoriavanje zraenja Sunca.

Dotok energije Sunevim zraenjem naziva se solarna konstanta, koja je 1400W/m2 pri srednjoj udaljenosti Zemlje od Sunca, uz upadni ugao od 90 stepeni zanemarujui delovanje atmosferske apsorpcije. Pri prolasku kroz atmosferu deo energije se troi u sloenim procesima, a deo se reflekuje i reemituje u svemir. Taj deo iznosi oko 1/3 energije koja je dospela na rub atmosfere, pa dotok energije do povrine Zemlje iznosi proseno 920W/m2. Ako je projekcija povrine Zemlje 127.106 km2, dotok energije iznosi 117400TW. Zbog rotacije Zemlje ta se energija rasporeuje po celoj povrini Zemlje (510.1.106 km2), pa je proseni dotok energije 230W/m2, odnosno 5.52kWh/m2 dnevno. To su, naravno prosene vrednosti, a stvarne zavise od geografske irine, dela dana, pojave oblaka, zagaenja itd.

Energija zraenja Sunca koja dolazi do Zemljine povrine iznosi, dakle, oko 109TWh (8.6.1013toe) godinje. Ta je energija oko 170 puta vea nego energija u ukupnim rezervama uglja u svetu. To je ogromni energetski izvor kojim se mogu zadovoljiti energetske potrebe za veoma dugo vreme.

Energija zraenja koja dopire do povrine Zemlje zavisi u prvom redu od trajanja insolacije (trajanja sijanja Sunca, odnosno o vremenu kroz koje se Sunce nalazi iznad horizonta). Trajanje insolacije zavisi od geografske irine i o godinjeg doba. Razlika izmeu vremena izlaska i vremena zalaska Sunca daje vreme trajanja insolacije kojoj je izloena horizontalna i nezatiena povrina. Ono iznosi za nau zemlju oko 15h leti i oko 9h zimi. Stvarno trajanje insolacije je znatno krae zbog pojave oblaka i magle, ali i zbog stanja atmosfere na posmatranom podruju (zagaenost). Ona se razlikuje za povrine koje su postavljene horizontalno, vertikalno, ili pod nekim uglom u odnusu na povrinu Zemlje.

Npr. realno trajanje insolacije za Beograd (na horizontalnu povrinu) iznosi 2071h godinje, od toga 70.5% u periodu od aprila do septembra meseca i 29.5% u periodu od oktobra do marta. Za Podgoricu je to vreme 2442h.

Ipak, dotok energije Sunevog zraenja nije proporcionalan trajanju isolacije. Naime, deo energije se gubi prolaenjem kroz atmosferu zbog apsorpcije kiseonika, ozona i ugljen dioksida. Gubitak je vei to je Sunce blie horizontu. Osim toga, energija zraenja se u prolazu kroz atmosferu raspruje, a najvei gubitak je neposredno nakon zalaska Sunca. Deo rasprene energije ipak doe do povrine Zemlje(oko 50%). Prema tome, ukupno zraenje koje doe do povrine Zemlje sastoji se od neposrednog i difuzionog zraenja koje je deo rasprene energije zraenja. Zbog svega toga snaga zraenja koja doe na povrinu, a koja bi se mogla energetski iskoriavati, znatno se menja tokom dana, a njene promene zavise od godinjeg doba i poloaja obasjane povrine.

Veoma se esto energija zraenja prikazuje kao energija koja doe do povrine Zemlje tokom dana, naravno za vreme trajanja isolacije. Ta energija zavisi i od stanja oblanosti i osobina atmosfere, ali je poeljno poznavati i potencijalnu energiju zraenja. To je maksimalna energija koja doe do povrine kroz suvu i vlanu atmosferu. Ona zavisi i od geografske irine i nadmorske visine. Ona postaje sve manja sa smanjenjem nadmorske visine i poveanjem geografske irine. Na geografskoj irini od 43 stepena pot. energija iznosi oko 2500kWh/m2 godinje, a na geografskoj irini od 46 stepena oko 2400kWh/m2 godinje.

Stvarna energija zraenja koja doe do povrine znatno je manja od potencijalne zbog pojave oblaka, vlage i zagaenosti atmosfere. U Srbiji je ona u proseku oko 3.5kWh/m2 na dan, a u primoriju Crne Gore oko 4kWh/m2 dnevno.

Sve ovo pokazuje veliku promenljivost snage zraenja. Ipak, te su promene laganije od promena snage vetra i one se mogu s veom ili manjom tanou predviditi, jer je poznat ritam pojava (izlazak i zalazak Sunca). Intezitet zraenja koje nam stoji na raspolaganju ne moemo predviditi s veom sigurnou. Kao izvor energije Sunevo zraenje je povoljnije od vetra s obzirom na predvidivost pojave, ali je nepovoljnije s obzirom na to da zraenja nema u toku noi, i da je manje intezivno tokom zime kada je potronja energije najvea. Postrojenja mogu raditi samo u toku dnevnog ciklusa, to se ne poklapa sa ritmom potranje energije. Moraju se graditi dodatna postrojenja ili osigurati akumulaciju energije pomou koje bi vrili snabdevanje potroaa nou.