O solarnoj energiji

Solarna energija predstavlja energiju Sunca koja je rezultat skoro večite nuklearne reakcije kojom se u obliku magnetnog zračenja oslobađa 2,110 15 kWh/dan [1]. Zbog toga se smatra obnovljivim i stalnim izvorom energije [2]. Svi biološki procesi su direktno ili indirektno povezani sa sunčevim zračenjem i ono predstavlja uslovni resurs života na Zemlji [3].

Količina sunčeve energije koja dostupne do Zemlje u toku samo jednog sata je jednaka količini energije koju ljudi potroše tokom cele godine [4]. Solarna energija pada na površinu zemlje brzinom od 120 petawatts, (1 petawatt = 10 15 watts), a to znači da sva energija od Sunca koja je dobijena u jednom danu može zadovoljiti svetske potrebe za više od 20 godina [5].

Sunčeva energija nije ravnomerno raspoređena tokom cele godine jer je osa Zemlje je nagnuta pod uglom od 23,45° u odnosu na Zemljinu eliptičnu putanju oko Sunca [1]. Zbog te nagnutosti, ali i promene udaljenosti Zemlje od Sunca, tokom godine menja se i intenzitet zračenja na Zemlji [6]. To uzrokuje promenljivost dnevno-sezonskog intenziteta zračenja Sunca na lokalnom nivou, u zavisnosti od geografskog položaja posmatrane lokacije [7].

Ljudi su u prošlosti koristili solarnu energiju kao primarni izvor, sve dok nije nastupila industrijska revolucija kada je glavni izvor energije postaju fosilna goriva koja se zbog brzine obnavljanja smatraju neobnovljivim izvorima energije. 70-ih godina 20. veka kao posledica nestašice resursa, cena fosilnih goriva toliko je porasla da su ljudi naglo počeli da tragaju za alternativnim izvorima energije. Tada je prepoznat potencijal energije Sunca i započet je ponovni razvoj upotrebe solarne energije [8].

Efikasnost solarnih sistema zavisi od geografskih parametara, odnosno osunčanosti, oblačnosti, senke objekata, konfiguracije terena i zagađenosti vazduha, ali zavisi i od društveno-političke situacije na lokalnom i nacionalnom nivou, kao i od ekonomskih i socijalnih karakteristika društva [7]. Visoka ekološka svest o negativnom uticaju fosilnih goriva na životnu sredinu podstiče donosioce odluka da se usmere ka obnovljivim izvorima energije, održivom razvoju, energetskoj efikasnosti i čistim tehnologijama.

Solarne ćelije najčešće predstavljaju osnovni element fotonaponskog sistema. Svojom konverzijom iz sunčeve u toplotnu energiju fotonaponska ćelija uspe da proizvede oko 1−2 W [10]. Ćelije se spajaju u module, time se povećava njihova izlazna snaga, jer se samostalno retko kad primenjuju. Površine modula variraju od 0,5 m 2 do 2 m 2 [10]. Spajanja modula formiraju se solarni paneli koji zajedno dalje formiraju fotonaponski sistem.

Fotonaponska ćelija se izrađuje od silicijuma koji u sebi ima dodatke broma i fosfora [11] u cilju poboljšanja karakteristika.

Opšti kriterijumi koji se razmatraju prilikom odabira materijala su: kristalnost, apsorpcija sunčevog zračenja, pogodnost i jednostavnost proizvodnje različitih formi (npr. tanki slojevi) [12].

Pored osnovnih komponenti koje svaki fotonaponski sistem poseduje, za normalno funkcionisanje potrebna je i prateća oprema: baterije, kontroler, inverteri (invertori), regulatori punjenja, noseće konstrukcije i softverski program za praćenje procesa [9].

Primenjuju se tri tipa konfiguracija fotonaponskih sistema[9]:

  • autonomni sistem;
  • sistem povezan na distributivnu mrežu;
  • hibridni sistem.

Prvi i treći tip se primenjuju kao nezavisni sistem, samostalno, ukoliko lokacijski uslovi ne dozvoljavaju da budu povezani direktno na mrežu (off grid sistemi). S druge strane, povezivanje i decentralizacija mreže kod 2. tipa konfiguracije ima znatne prednosti, jer predstavljaju efikasne obnovljive energetske sisteme [9]. Kod ovakvih sistema mreža predstavlja vrstu medijuma za prenošenje energije. Ukoliko se sva energija proizvedena pomoću solarnih panela ne iskoristi, onda se ona šalje u javnu električnu mrežu, pa se na taj način vrši ušteda električne energije. Solarne elektrane koje se izrađuju u okviru domaćinstava su od 3 Kw snage do 8 Kw snage, što može kompletno zadovoljiti zahteve potrošnje električne energije u jednom domaćinstvu [13].

Sunčeva energija ima široku primenu i efikasno se koristi u udaljenim ili teško pristupačnim objektima. Svoju primenu nalazi i u poljoprivredi gde se koristi za zagrevanje, hlađenje prostorija i vode za životinje. Takođe, solarna energija ima primenu i u industrijskim pogonima, koristi se u parkovima i na trgovima.

Države sveta često uvoze električnu energiju jer troše više nego što su u stanju da proizvedu. U tom slučaju, upotreba sunčeve energije može doprineti da se postigne energetska nezavisnost države. Korist od ugradnje solarnih panela u domaćinstvima ogleda se u smanjenju troškova električne energije i smanjenju zavisnosti od elektrodistributivne mreže [14]. Prednost upotrebe solarnih sistema je minimalan uticaj na životnu sredinu za vreme njihovog rada. Pri radu ne stvaraju buku i vibracije i ne ispuštaju toksične materije i čestice [1]. Solarni sistemi postavljeni na krovove ne ugrožavaju dodatno životinje i njihova staništa. Upotrebom solarnih sistema smanjuje se ubrzan razvoj klimatskih promena i njihovih posledica. Solarni sistemi mogu predstavljati dobar način ponovne upotrebe degradirane teritorije (npr. postavljanje panela u zatvorenim rudnicima i deponijama). Koncentracija gasova sa efektom staklene bašte porasla je u poslednjih 250 godina zbog veće upotrebe fosilnih goriva, moderne poljoprivrede velikih razmera i promene načina korišćenja zemljišta. Trenutne koncentracije ugljen-dioksida i metana veće su nego u bilo kom trenutku u poslednjih 650.000 godina i za to je kriv čovek, a pre svega sektor energetike. Iako su fosilna goriva i dalje dostupna, opasnost od globalnog zagrevanja naterala je mnoge da istraže prelazak na alternativne, obnovljive izvore energije [7], [15].

Snabdevanje energijom na čist i održiv način jedan je od glavnih naučno-tehničkih izazova 21. veka. Ukoliko se nastavi ovakav rast potrebe za energijom pretpostavlja se da će se globalna potrošnja energije povećati najmanje dva puta do sredine 21. veka u odnosu na početak veka, a to je posledica rasta stanovništva i njegovih potreba [4]. Očuvanje resursa i upotreba obnovljivih izvora energije smanjuju rizik od nastanka krize energije koju bi pratile i glad, hladnoća, mrak i obustava industrije i saobraćaja [7]. Energetska kriza bi obustavila sve ljudske aktivnosti, izazvala bi depresiju stanovništva i dovela do ratnog stanja u borbi za resurse. Naučno-tehnološke mogućnosti kreću se u smeru unapređenja efikasnosti solarne energije, kako je prikupljati, pretvarati, skladištiti i koristiti, uz što manje troškove i otpad [16]. Potrebe za energijom rastu, a industrija solarne energije je jedna od najperspektivnijih i procenjuje se da će u budućnosti biti najrasprostranjenija na tržištu [5]. Smatra se da će tehničko-tehnološki napredak u budućnosti obezbediti da svakako domaćinstvo ima dostupnost solarnim sistemima [2].

Literatura:

[1] Гвозденац Д., Накомчић Смарагдакис Б., Гвозденац Урошевић Б. (2011) Обновљиви извори енергије. Нови Сад: Универзитет у Новом Саду, Факултет техничких наука.

[2] Aranđelović M., Videnković A. (2015) Korišćenje obnovljivih izvora energije u okviru domaćinstava u ruralnim područjima; u monografiji: Đokić V., Lazović Z.: Uticaj klimatskih promena na planiranje i projektovanje: Srbija. Beograd: Univerzitet u Beogradu, Arhitektonski fakultet.

[3] Dehra H. (2013) A Theory of Acoustics in Solar Energy. s.l.: Scientific Research.

[4] Lewis N., Nocera D. (2006) Powering the planet: Chemical challenges in solar energy

utilization. s.l.: PNAS.

[5] Chu Y., Meisen P. (2011) Review and Comparison of Different Solar Energy Technologie,. s.l.: GENI (Global Energy Network Institute).

[6] Bošković J., Đurić K., Turanjanin D. (2017) Solarni izvori energije u funkciji održivog razvoja. Novi Sad: Univerzitet u Novom Sadu, Fakultet za ekonomiju i inženjerski menadžment.

[7] Пуцар М., Ненковић Ризнић M. (2009) Стратегија просторног развоја Републике Србије студијско аналитичка основа: Просторни и еколошки аспекти коришћења обновљивих извора енергије. Београд: Институт за архитектуру и урбанизам Србије.

[8] Camacho E.F., Berenguel M., Rubio F.R., Martinez D. (2012) Control of Solar Energy Systems. s.l.: Springer Verlag.

[9] Stamenić Lj. (2009) Korišćenje solarne fotonaponske energije u Srbiji - Jefferson institute, Washington

[10] Ђуриђ Р. (2020) Соларна енергија и фотонапонски системи. Београд: Електротехнички факултет Универзитета у Београду.

[11] Jacobson M. Z. (2009) Review of solutions to global warming, air pollution and energy security, Journal Energy & Environmental Science, Issue 2.

[12] http://vetar-sunce.imsi.rs/tekstovi/Studija_EE704- 1052A/P8_FotonaponskiSistemi.pdf

[13] http://www.solarna-energija.rs/o-solarnim-sistemima/on-grid-solarni-sistemi

[14] https://www.energetskiportal.rs/obnovljivi-izvori-energije/energija-sunca/.

[19] Janke, J. R. (2010) Multicriteria GIS modeling of wind and solar farms in Colorado.

Renewable Energy, 35(10), 2228–2234.

[22] B., Bose (2010) Global warming: Energy, environmental pollution, and the impact of power electronics. s.l.: IEEE.

Ova stranica je izrađena u okviru programa EKO-SISTEM: Podrška reformama u zaštiti životne sredine, koji sprovode Mladi istraživači Srbije, uz podršku Švedske preko Švedske agencije za međunarodni razvoj i saradnju. Za sadržaj ovog materijala odgovoran je isključivo autor. Mladi istraživači Srbije i Sida ne dele nužno stavove i tumačenja izrečena u ovom materijalu.