close

Enter

Log in using OpenID

1. Globalni kružni tok ugljika

embedDownload
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
1. Globalni kružni tok ugljika
Nastajanje i korištenje fosilnih goriva u većem obimu su u posljednjih 200 godina omogućili
industrijalizaciju. Veća količina ugljika, koja se milionima godina oslobađala prilikom
globalnog kružnog toka ugljika i deponirala ispod zemlje, se početkom 19. stoljeća prilikom
sagorijevanja ponovo vraćala na Zemljinu atmosferu. Kakvog uticaja je to imalo na našu
okolinu?
Ako posmatramo na desnoj strani dijagrama količinu ugljika , koju prouzrokuje čovjek (npr.
kod krčenja šuma) , na prvi pogled će nam se učiniti znatno mala.
Na lijevoj strani dijagrama su prikazani prirodni kružni tokovi. Brojevi označavaju ravnotežu.
Ovdje se stalno odvija proces razmjene ugljika između biomase i zraka. Međutim samo
doticanje i oticanje ugljika održava ravnotežu, tako da se ne uzimajuci u obzir uticaj čovjeka,
koncentracija CO2 ne mijenja ni u zraku ni u biomasi. Ta ravnoteža nastaje prilikom tzv.
procesa razmjene koncentracije CO2 između zraka, biomase i temperature. ( tzv. negativni
povratni kružni tok).
A da temperatura ima veliki uticaj pokazuje dijagram na sljedećoj stranici:
U jesen, kada većina drveća na sjevernoj polulopti gubi lišće, smanjuje se biomasa a
povećava koncentracija CO2 u zraku. U proljeće se dešava obrnuti proces. Tada umjesto
ravnoteže nastaje usiljena oscilacija oko srednje vrijednosti. Krivulja pokazuje i uticaj
industrijalizacije i krčenja šuma na CO2 koncentraciju. Godišnje doticanje ugljika od 7-8
miliona tona povećava srednju vrijednost i koncentracija CO2 u zraku se penje na gore.
Ako uzmemo rezultate mjerenja CO2 u zraku dobivene iz leda na Antarktiku, vidjećemo da se
u toku 200 godina industrijalizacije povećala koncentracija CO2 na zemljinoj atmosferi za
28% i da ona jos uvijek eksponencijalno raste. A kakvog uticaja ima ova promjena na
prirodne kružne tokove na našoj planeti, pokazat će nam kratak osvrt na historiju naše
planete.
______________________________________________________________________________
1
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
atmosfera
720
fotosinteza
120
biosfera
800
krčenje šume
1-2
respiracija
mora
tlo
1.750
pokrivač
fosilna spremišta
5.000
Na lijevoj strani je opisan prirodni kružni tok. Desna strana grafikona pokazuje emitirane
količine ugljika u atmosferi nastale na antropogeni način (krčenje šuma i sagorijevanje
fosilnih goriva).
(Biosfera = živa organska materija; tlo = mrtva organska materija). Brojevi pokazuju
rezervoare ugljika u milijardama tona, a brojevi iznad strelica navode godišnje dotoke ugljika
CO2 koncentracija
Koncentracija ugljendioksida u atmosferi
Rekonstrukcija
bušenja leda na
Antarktiku
Direktna mjerenja izvršena na Havajima, Mauna Loa.
______________________________________________________________________________
2
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
1.1 Historija klime na Zemlji
Na dijagramu (a) je krivuljom prikazana koncentracija CO2 u zadnjih 5 miliona godina. I ovdje
se zapaža jaka oscilacija, koja bi trebala da ima prirodne uzroke. (Porast koncentracije CO2 ,
koje je prouzrokovao čovjek, je na kraju krivulje zbijen u jednu uspravnu liniju.
Šema prikazuje da opadanje koncentracije CO2 otprilike odgovara porastu kisika. A to nije
slučajnost, jer je jedna rastuća biomasa pretvarala CO2 u O2. Nastajanje života na našoj
planeti, je nju potpuno oblikovao. Praatmosfera je vjerovatno prije milion godila sadržila 16%
CO2, a samo 0,6% O2. Ako bi to danas uporedili izgledalo bi kao da su samo zamijenjene
uloge! Živa bića su u toku historije naše planete velike količine CO2 (16%=160 000 ppm=
parts per million) većinom pretvarale u O2. Tako da dobijeni ugljik i čestice CO2 ponovo
nalazimo u krečnjacima, (koji su nastali od skeleta malih morskih naseljenika), u
rezervoarima fosilnih goriva i u našoj današnjoj biomasi. Prije otprilike 2,5 miliona godina je
Zemljina atmosfera zbog širenja šuma postigla do tada najmanju koncentraciju CO2 od 200
ppm.
Da li je bilo moguće, da je time opadanje temperature (nestajanje efekta staklenika) moglo
zaustaviti dalji rast biljaka? (pogledaj dijagram)
CO2 u zraku
+
-
srednja temperatura na Zemlji
+
+
biomasa
Prema teoriji Beckmanna und Klopriesa mogla se tako stvoriti dinamična ravnoteža, dakle
oscilacija između ledenog i toplog doba. Možda je ova jaka oscilacija srednje temperature
između 12 i 16 stepeni na Zemlji, kako to nauka vidi i uticala na oscilaciju Sunčevog
zračenja, koje je uslovljeno parametrom Zemljine putanje.
Bilo kako bilo, promjena koncentracije CO2 u zraku od 70 ppm odlučila je jasno između
toplog i ledenog doba. Čovjeku je uspjelo da za samo 200 godina postigne koncentraciju
CO2 u zraku od 350 ppm, koja je već prije 35 miliona godina prošla Zemljinu atmosferu. Još
se nikada u historiji Zemlje nije sastav atmosfere tako brzo i dramatično promijenio. Ubrzanje
ove promjene je dostiglo brzinu od 1000 do 10 000 puta.
Pri tome su lagane, prirodne oscilacije CO2 imale enormne posljedice za našu okolinu. Na
foliji je prikazana rekonstrukcija istorije klime od ledenog doba.
- Veća koncentracija CO2 u zraku dovodi preko efekta staklenika do visokih temperatura.
- Visoke temperature utiču na rast biomase a time i na koncentraciju CO2 u zraku.
- Visoke temperature dovode do otapljanja leda i proširenja morskih površina, a time i do
povećanja nivoa mora.
______________________________________________________________________________
3
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Zabrinjavajuće je to da današnji nagli porast CO2 koncentracije povlači sa sobom i
posljedice:
Naši potomci bi mogli platiti veliku cijenu zbog našeg industrijskog stila života!
CO2 koncentracija
CO2 koncentracija
danas
temperatura
temperatura
danas
nivo mora
nivo mora
godine
danas
dijagram (a)
______________________________________________________________________________
4
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
1.2 Značajni energenti
Neregenerativni (neobnovljivi) energenti
Svaka tona ugljika (C), koju sagorimo: ( da li kao kerozin, dizel ili benzin u avionu,
automobilu, ili u našim uređajima za grijanje kao gas, mineralno ulje, ili u elektranama kao
crni i kameni ugalj), se u zraku spaja sa kisikom (O2) u otprilike troduplu količinu
ugljendioksida (CO2). Energija, koju time pretvaramo u toplotu ili u električnu struju je
prvobitno bila Sunčeva svjetlost, koju su zelene biljke u prošlosti na našoj planeti upijale i
hemijski spajale procesom fotosinteze.
Već od početka industrijalizacije mi smo “pljačkali” rezervoare fosilnih goriva (ugalj, naftu i
gas), da bi u njima oslobođenu akumuliranu Sunčevu energiju pretvorili u CO2. Samo države
OPEC-a dnevno transportuju preko 3,5 miliona kubika nafte!
Konačni produkt ove fosilne energetike izlazi u obliku gasa kroz dimnjake i auspuhe širom
svijeta i postepeno mijenja sastav zraka u našoj atmosferi. Kao prve posljedice ovoga svega
su klimatske promjene (stvaranje efekta staklenika) sa ogromnim uticajima na čitavu
biosferu.
Regenerativni (obnovljivi) energenti
Potencijal regenerativnih energetskih izvora sve više dobija na značaju u potražnji za
konceptom energije 21. stoljeća.
Suprotno od ograničenih rezervi fosilnih i nuklearnih goriva , Sunčeva energija, energija
vjetra, vode i biomasa su kao sastavni dijelovi prirodnih ciklusa energetike jako podnošljivi za
okolinu i praktično su neiscrpni.
Danas nam se pruža mogućnost, da pomoću moderne i specijalne tehnike, koja je dobra za
našu okolinu, otvorimo put ka “solarnom dobu” ili stoljeću solarne energije.
______________________________________________________________________________
5
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
dodatni
CO2
ugalj
fosilna
goriva
nafta
gas
neregenerativni
nuklearna
goriva
uran
plutonijum
energenti
solarna toplota
solarno
zračenje
solarna struja
snaga
vode
obnovljivi
(regenerativni)
snaga
vjetra
bio - gorivo
(drvo, slama)
biomasa
bio – gorivo
(ulje, alkohol)
bio – gas
(zelena masa,
organske
materije
regenerirani
CO2
______________________________________________________________________________
6
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Rezerve resursa
Rezerve
( u godinama)
50
60
250
80
Nafta
Gas
Ugalj
Nuklearna energija
Energenti




Nafta
Gas
Ugalj
Uran




Voda
Zrak
Drvo
Sunčevo zračenje
Oblici energije






Električna energija
Potencijalna energija
Kinetička energija
Hemijska energija
Nuklearna energija
Svjetlost, toplota
(Baterija, akumulator)
(Uran)
Primjer potencijalne energije je težina podignuta na izvjesnu visinu. U ovakvoj težini postoji
nagomilana energija koju možemo da oslobodimo ako je pustimo da padne. Voda na vrhu
vodopada ili iza brane takođe ima potencijalnu energiju.
Pretpostavimo sada da ta težina padne ili da voda pada u vidu vodopada. Sama činjenica da
se ona kreće izvjesnom brzinom omogućuje joj da vrši rad, i ta energija se zove " kinetička
energija ". To je energija koja potiče od težine tijela koje se kreće i njegove brzine. Kad neko
tijelo pada, ono gubi potencijalnu energiju a dobija kinetičku energiju. Ali količina dobijene
energije je potpuno jednaka količini izgubljene. Ustvari, cjelokupna količina energije u vasioni
je uvijek ista. Mi ne možemo ni da je stvorimo, ni da je uništimo. Bilo da se koristimo padom
vode, ugljem ili atomima, mi jedino možemo da jedan oblik energije pretvaramo u drugi.
1.3 Primarna, sekundarna, konačna i korisna energija
Primarna energija je oblik energije neposredno nađene u prirodi: energija vode, ugalj, nafta,
gas, drvo, nuklearna energija, energija vjetra, geotermalna i Sunčeva energija. Poznato je da
se primarna energija ne može koristiti neposredno za sve svrhe. Na primjer, za automobile je
potrebno da se iz nafte izdvoji benzin, a za radio je potrebna električna struja, dakle za ove
svrhe je potrebna sekundarna energija.
______________________________________________________________________________
7
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Sekundarna energija nastaje transformacijom primarne energije u cilju njene primjene:
nafta se pretvara u svoje derivate, ugalj u briket. Pretvaranje primarne u sekundarnu energiju
vrši se uz gubitke u obliku toplotne energije. U primjeni sekundarna energija se koristi na
razne načine i pri tom treba razlikovati konačnu i korisnu energiju, odnosno energiju koja stoji
na raspolaganju potrošaču prije i poslije posljednje promjene.
Konačna energija (tercijarna) je energija, koja stiže do konzumenata kao produkt. Primjer
za to je električna energija. Sekundarna energija je u ovom sektoru električna energija, koja
se proizvede, a konačna energija je količina energije koja stiže do potrošača.
Korisna energija je manja od upotrebljene jer briket i benzin ne sagorijevaju potpuno, već
se jedan dio gubi u obliku toplotne energije. Kao što vidimo jedan dio energije u obliku
toplotne se gubi prilikom pretvaranja primarne energije u sekundarnu i sekundarne energije u
korisnu. Izgubljeni dio energije zagrijava Zemlju i njenu atmosferu. Izgubljena energija pri
nekim energetskim promjenama je velika. Na primjer, koeficijent korisnog dejstva jedne
savremene termoelektrane u kojoj se električna struja dobija pomoću nafte, iznosi samo
34%. To znači da se iz 100 kWh električne energije, ostalih 66% gubi u obliku toplotne
energije. Kada se uzmu u obzir i drugi gubici kao što su proizvodnja primarne energije i njen
transport, onda dolazimo do podatka da na 100kWh energije nafte na mjestu njenog
nalazišta, do potrošača dospijeva samo 25 kWh električne energije. Prema tome da bi se
proizveo 1 kWh električne energije kao sekundarne energije, potrebna je četiri puta veća
količina primarne energije.
34% korisne energije
100%
66% neiskorištene
energije (gubici u obliku
toplotne enrgije i drugi
gubici
______________________________________________________________________________
8
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Siva energija je svaka energija, koja je potrebna za proizvodnju, transport i odlaganje
jednog produkta. Ova energija se koristi i šteti našu okolinu i često se zaboravlja, jer se na
nekom produktu u stvari i ne vidi. Sivu energiju susrećemo u svim proizvodima naše
svakodnevnice, polazeći od hrane, ambalaže, preko kućanskih aparata i same kuće, u kojoj
živimo.
Na primjer:
1 kg čokolade sadrži ca. 2,5 kWh
1 par cipela sadrži ca. 8,0 kWh
1 limenka sadrži ca. 1,2 kWh
Jedinice
Sistem međunarodnih (SI) jedinica
Osnovne jedinice
Dužina
Masa
Vrijeme
Jačina električne struje
Termodinamička
temperatura
Količina materije
Intenzitet svjetlosti
1m
1 kg
1s
1A
1K
metar
kilogram
sekunda
amper
kelvin
1 mol
1 cd
mol
kandela
Dekadne odnosno decimalne SI- jedinice
Prefiks
Deka
Hekto
Kilo
Mega
Giga
Tera
Peta
Exa
Oznaka
da
h
k
M
G
T
P
E
Vrijednost
prefiksa
101
102
103
106
109
1012
1015
1018
Prefiks
Oznaka
Deci
Centi
Mili
Mikro
Nano
Piko
Femto
Ato
d
c
m
n
p
f
a
Vrijednost
prefiksa
10-1
10-2
10-3
10-6
10-9
10-12
10-15
10-18
______________________________________________________________________________
9
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Izvedene jedinice međunarodnog sistema (SI)
Sila, težina
Energija, rad
Snaga
Pritisak
1 N = 1 kgm/s²
1 J = 1 Ws = 1 Nm
1 W = 1 J/s = 1 Nm/s
1 Pa = 1 N/m²
1 bar = 105 Pa
Energija, rad
Rad (W) = Snaga (P) x Vrijeme (t)
1 J (Džul) = 1 Ws = 1 Nm
1J
1 kJ
1 kWh
1 kcal
1 kpm
J
1
1000
3,6 x 106
4186,8
9,80665
kJ
0,001
1
3600
4,1868
0,00981
kWh
2,778 x 10-7
2,778 x 10-4
1
0,001163
2,72 x 10-6
kcal
2,338 x 10-4
0,2388
860
1
3,7 10-6
kpm
0,102
101,97
367000
427
1
kpm/s
0,102
102
0,119
1
75
KS
0,00136
1,35778
0,00158
0,01333
1
Snaga
Snaga (P) = Rad (W) / Vrijeme (t)
1 W (Wat) = 1 J/s = 1 Nm/s
1W
1 kW
1 kcal/h
1 kpm/s
1 KS
W
1
1000
1,1628
9,80665
736,498
kW
0,001
1
0,0011628
0,0098067
0,7365498
kcal/h
0,860
860
1
8,43
632
______________________________________________________________________________ 10
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
1. 4 Emisija – Imisija (njihovi uzročnici)
Struj anj e zraka
Fotooksidant
IMISIJA
EMISIJA
Kisela
kiša
Sumpordioksid (SO2)
Azotnioksid (NOX)
Uglj enmonoksid (CO)
Uglj ov odonik (CXHY)
Sumporv odonik (H2S)
Teški metali
Prašina
Voda za
hlađenj e
Požar
Saobraćaj
Industrij a
Otpadne vode
Podzemna v oda
Emisija je pojam za izbacivanje (emitiranje) najčesće neželjenih ili štetnih materija iz
određenih izvora.
Imisija je suprotan pojam od emisije i odnosi se uglavnom na čestice štetnih materija koje se
javljaju na nekom mjestu udaljenom od njihovog emitiranja.
Prirodne i antropogene emisije
120
99,9
99,8
96
100
96
87,2
77,4
80
%
prirodno
natürlich
60
antropogeno
anthropogen
40
22,6
20
12,8
4
0,1
4
0,2
0
SO2
NOx
CO
CxHy
CH4
NH3
antropo- (grč.) : znači čovjeko-, koji se odnosi na čovjeka, koji je
prouzrokovao čovjek
______________________________________________________________________________ 11
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Štetne materije i njihov uticaj
Na čovjeka
Štetna materija
Sumpordioksid SO2
Azotnioksid NOx
Ugljenmonoksid CO
Ugljovodonik CxHy
Prašina
Sumporvodonik H2S
Fluorovodonik HF
Ozon O3
Uticaj
Sluznice , bronhije
Respiratorne organe
Krvni sistem
Respiratorne organe, nervni sistem,
uzrokuje karcinom
Pluća
Nervni sistem , respiratorne organe
Respiratorne organe, oči, koža
Respiratorne organe, oči
Na biljke
Štetna materija
Sumpordioksid
SO2
Azotnioksid NOx
Ugljovodonik CxHy
Fluorovodonik
HF
Ozon O3
(Fotooksidanti)
Uticaj
Prerano starenje , odumiranje šume
Prerano starenje , gubitak lišća i iglica , rast
biljaka
Kod veće koncentracije utiče na boju i
deformaciju lišća
Prilikom uzimanja i povećanja fluorovodonika u
listovima i u vrhovima listova i iglica odumiru
ćelije i dolazi do odumiranja listova (iglica)
Prerano starenje, gubljenje listova i iglica,
problemi sa rastom
Uzročnici
Sumpornidioksid:
______________________________________________________________________________ 12
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
SO2
termoelektrane
19%
saobraćaj
6%
saobracaj
6%
grijanje
25%
industrija
50%
Ugljenmonoksid:
industrija,
CO
termoelektr
industrija,
an
termoelektrane
5%
saobracaj
saobraćaj
40%40%
grijanje
55%
Ugljovodonik:
HxCy
ostalo
10%
rastvorne materije
iz
rastvorna
industrije i domaćinstva
sredstva iz
32%
industrije i
domaćinstva
32%
domacinstva
32%
industrija,
industrija,
termoelektrane
termoelektra
8%ne
8%
saobraćaj
32%
saobracaj
32%
grijanje
18%
Prašina:
______________________________________________________________________________ 13
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
prašina
prasina
termoelektran
termoelektrane
e5%
5%
industrija
34%
saobraćaj
saobracaj
33%
33%
grijanje
28%
1. 5 Efekat staklenika
Morske biljke (uglavnom plankton) doprinose fotosintezom obnavljanju atmosfere. One
uklanjaju ugljen-dioksid u podjednakoj količini kao kopnene biljke, iako čine manje biomase,
ali su neusporedivo osjetljivije na UV zračenje. Uništenje ozona tako doprinosi uništavanju
morskih biljaka, a time se usporava obnavljanje atmosfere i povećava koncentracija CO2.
CO2 je jedan od stakleničkih plinova koji sprječava da se energija sa Sunca danju
akumulirana na Zemlji, noću emitira natrag u svemir (neproziran za infracrveno zračenje),
dok istovremeno danju propušta vidljivu svjetlost bez problema. Tako se polako energija
akumulira i podiže globalna temperatura. To se naziva "efekat staklenika", jer staklene
ploče u staklenicima imaju ulogu CO2 i time sprječavaju smrzavanje biljaka ispod njih.
Izgleda da su organizmi u moru osjetljivi i na promjene u temperaturi mora, tako da ih
povećanje globalne temperature još više ugrožava. Uz to, zbog povećanja temperature,
povećava se količina vodene pare (koja je takođe staklenički plin) u cijeloj atmosferi i time
zadržava infracrvenu toplotu u nižem dijelu neba, koja bi inače, prolazeći kroz stratosferu*,
zračila u svemir. Hladnija stratosfera s većom količinom vodene pare znači više ledenih
kristala u ozonskom sloju, a to strašno ubrzava djelovanje CFC-a ( hlorofluorokarbona) i
uništavanje ozona. Time se opet povećava UV zračenje i ciklus se ponavlja i pojačava. To je
opasna povratna veza.
Efekat staklenika na Zemlji nam govori da se klima mijenja puno brže nego što je normalno.
(Efekat staklenika - regulira tok energije koja stiže na Zemlju i koja odlazi sa nje). Sunce grije
Zemlju i ona tu energiju zrači nazad u svemir. Međutim, neki sastojci atmosfere zadržavaju
određeni dio odlazne energije, tj. zadržavaju toplotu. Bez tog prirodnog fenomena, prosječna
temperatura na Zemlji bila bi 30° niža od sadašnje temperature od 15°. Nažalost, izgaranje
fosilnih goriva i krčenje šuma stvaraju velike količine stakleničkih plinova u atmosferi, koji
pojačavaju efekat staklenika. Kao rezultat toga imamo globalno zagrijavanje veće od pola
stepena u zadnjih sto godina.
Opasnost ne bi postojala da ljudi ne emitiraju toliko CO2 u atmosferu. Naprotiv, da ne postoje
staklenički plinovi kao što su CO2, vodena para, metan... Zemlja bi bila smrznuta planeta s
prosječnom temperaturom od –18 °C za razliku od današnjih ugodnih 15 °C. Kako se
______________________________________________________________________________ 14
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
koncentracija tih plinova povećava, zagrijavanje je neizbježno. Evo nekoliko zabrinjavajućih
podataka. Trenutna koncentracija CO2 je 20% viša od najviše u zadnjih 160.000 godina,
koliko možemo izmjeriti pomoću uzoraka iz antarktičkog leda. Od 1800-te godine
koncentracija CO2 porasla je za 28%, uglavnom od izgaranja fosilnih goriva i predviđa se
porast od još 40% u sljedećih 100 godina. Najtačnija mjerenja se izvode na Havajima od
1958. Havaji su izabrani jer su daleko od izvora svih velikih zagađivača te se izmjerene
vrijednosti mogu uzeti u obzir za cijelu planetu. Šta to znači? Nauka je dokazala da se
tokom historije prosječna temperatura na Zemlji mijenjala analogno s promjenom
koncentracije CO2 u atmosferi.
Temperatura na Zemlji je porasla za 1°C u toku zadnjeg stoljeća, a predviđa se dalji porast
između 1 i 3,5 °C u sljedećih 100 godina, što je mnogo uzmemo li u obzir da je tokom
zadnjeg ledenog doba bilo u prosjeku samo 4 °C hladnije nego sada (a ledom je bila
okovana skoro čitava Evropa i Sjeverna Amerika). Zbog porasta temperature i topljenja
ledenjaka, nivo mora raste 2 mm godišnje, a predviđa se da će se do 2050-te podići za 50
cm.
Ovdje se pojavljuje još jedna povratna veza: led reflektira oko 95% sunčeve toplote i
svjetlosti dok voda reflektira samo 15%, a kako raste temperatura i tope se ledenjaci, sve je
manje ledene površine koja reflektira svjetlost, a sve više vodene površine koja je apsorbira i
globalna temperatura još više raste, što topi nove ledenjake i tako u krug.
Da bi vidjeli opasnost kojom nam otapanje leda prijeti, dovoljno je sjetiti se da je prije 20.000
godina (u vrijeme posljednjeg ledenog doba) nivo mora bio oko 90 metara niži nego danas,
dok bi otapanje ledenjaka i polarnih kapa na Grenlandu i Antarktiku otprilike za toliko podiglo
današnji nivo.
Sami ledenjaci bi dodali 35 cm, grenlandski led 7 metara, a najviše antarktički – 65 metara
(tome bi još trebalo dodati nekoliko metara radi termalnog rastezanja vode). Vjeruje se da se
zapadnoantarktička ledena ploča (debljine nekoliko km), tokom zagrijavanja između 2 ledena
doba, prije 125.000 godina raspala i skliznula u okean te skoro trenutno podigla nivo mora za
7 metara. Danas, novi uzorci s dna te ledene ploče pokazuju dinamične i opasne promjene.
Šta nam sve zapravo donosi globalno zagrijavanje? Svakako više temperature i ljeti i zimi, ali
ne samo to. Zbog veće temperature mora, povećavaju se i turbulencije zraka, tako da nam
prijete puno jači udari vjetra, orkani i tornada. Promjene klime će biti drastično ubrzane i
vrijeme će se mijenjati iz dana u dan.
*Stratosfera se prostire do oko 55 km visine iznad površine Zemlje. U ovom dijelu atmosfere
se nalazi sloj ozona, koji apsorbuje ultraljubičasto zračenje.
______________________________________________________________________________ 15
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Porast temperature usljed efekta
staklenika
15,5
°C
15
14,5
14
70
85
19
19
55
19
40
19
10
25
19
19
95
18
18
80
13,5
Staklenički gasovi i njihovi glavni antropogeni izvori
U stakleničke gasove ubrajamo: ugljendioksid, metan, hlorofluorokarboni, ozon, azotni oksid.
Glavni izvor emisije ugljendioksida, povezane s djelovanjem čovjeka je izgaranje fosilnih
goriva i krčenje šuma. Metan nastaje u toku razlaganja otpada na odlagalištima, razlaganja
životinjskog otpada, proizvodnje i distribucije prirodnog gasa i nafte, proizvodnje uglja, i
nepotpunog sagorijevanja fosilnih goriva. Atmosferska koncentracija metana raste stopom od
oko 0.6% godišnje i danas iznosi 1.7 ppm, što je dvostruko više u odnosu na period prije
industrijske revolucije. Međutim, stopa porasta metana u atmosferi se može stabilizirati.
Hlorofluorokarboni su grupa gasovitih spojeva koji sadrže ugljik, hlor, fluor, i ponekad
vodonik, a koji se koriste u frižiderima, sredstvima za čiscenje, aerosolima i proizvodnji
plastične
pjene.
Oni
su
glavni
uzročnik
oštećenja
stratosferskog
ozona.
Ozon je možda najbolji indikator ukupnoga zagađenja u urbanim sredinama, posebno u
toplijem dijelu godine. Nastajanje prizemnoga ozona u potpunosti je proizvod fotohemijskih
reakcija azotnih oksida i organskih zagađivaca (VOC) u zraku. Pritom nastajanje ozona
direktno zavisi o koncentracijama ovih polutanata, omjera njihovih koncentracija i o sunčevoj
radijaciji. Njegova se emisija pripisuje saobraćaju. Azotni oksid je jaki gas staklenika sa
potencijalom globalnog zagrijavanja od 320. Glavni izvori ovog gasa uključuju metode u
praksi kultivacije, a posebno upotreba komercijalnih i organskih đubriva, sagorijevanje
fosilnih goriva, proizvodnja azotne kiseline, i sagorijevanje biomase.
______________________________________________________________________________ 16
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Porast temperature
uK
Prognoza za porast srednje globalne
temperature za period od
1985-2085
Redukcija efekta staklenika se može postići smanjenjem koncentracije CO2
Mogućnost uštede CO2
Mogucnost ustede CO2
Poboljšanje sistema za regulaciju grijanja grijanje
Smanjenje upotrebe automobila
Efikasni električni aparati
2,4%
4,0%
5,2%
6,5%
Poboljšanje uređaja za grijanje
Substitucuja energenata
10,0%
22,5%
Poboljšanje eksterijera objekata
0,0%
5,0%
10,0%
15,0%
20,0%
25,0%
1.6 Potencijal regenerativnih energanata
Potencijal regenerativnih energenata u odnosu na potrošnju energije u svijetu
Sunce (direktno)
Biomasa
Snaga vode
Snaga vjetra
Morski talasi,
morska toplota
Ukupan
potencijal
3000
13,3
0,7
46,7
Tehnički potencijal
2,7
0,07
2,53
0,29
0,29
0,13
______________________________________________________________________________ 17
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
plima i osjeka
Geotermika
4,7
0,08
1.7 Pojedinačna, lokalna, i potrošnja energije u svijetu
Npr. U Austriji
Potrošnja energije jedne porodice
Od 100 energetskih jedinica
upotrebljava se za:
Topla voda
9
Kuhanje
2
4 Hlađenje i zamrzavanje
pranje
Automobil 33
Grijanje 51
Rasvjeta 1
______________________________________________________________________________ 18
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Potrošači
energije
u južnom
Tirolu
Potrosaci
energije
u juznom
Tirolu
50,00%
45,00%
40,00%
35,00%
30,00%
25,00%
20,00%
15,00%
10,00%
5,00%
0,00%
Poljoprivreda
šumarstvo
Land- und
Industrija
Mali
potrošači
Kleinvedjelatnosti
rbraucher,
Industrie
Forstwirt-schaft
Privatna
domaćinstva
Private
Haushalte
Dienst-leistungen
Potrosnja
elektricne
energije
u domacinstvu
Potrošnja
električne
energije
u domaćinstvu
Mašina za sušenje
veša
Wäschetrockner
1,4%
Mašina za pranje
posuđa
Geschirrspüler
Pumpe,
gorionici
Pumpen
Brenner
3,8%
4,3%
Mašina za
pranje veša
Waschmaschine
5,0%
Rasvjeta,
kompjuteri
Beleuchtung,
EDV
8,0%
Električni šporet,
rerna
Herd, Backrohr
8,0%
Televizor,TV,
mali
aparati
Kleingeräte
8,3%
Frižider
Kühlgerät
8,6%
Zamrzivač
Gefriergerät
11,2%
Topla
voda
Warmwasser
20,0%
GrijanjeRaumheizung
prostorija
0,0%
21,4%
5,0%
10,0%
15,0%
20,0%
25,0%
Potrošnja energije u svijetu
Grafikon prikazuje procjenu (iznesenu na svjetskoj konferenciji energije 1989. godine)
razvoja potrošnje energije u industrijskim zemljama i u zemljama u razvoju.
Napravljena su dva scenarija rasta:
-
“Umjereni” rast pri cijeni nafte od 20-25 $ po barelu u 2000. godini, a od 30-35 $ u
2020 godini.
______________________________________________________________________________ 19
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
-
“Ograničeni” rast pri cijeni nafte od 25-30 $ po barelu u 2000 godini a od 40-45 $ u
2020 godini.
Nezavisno od ovih pretpostavki prognozira se udio potrošnje energije za industrijske zemlje
od oko 60%.
Potrošnja energije u
svijetu i dalje jako raste i
uprkos suzdržavanju
razvijenih industrijskih
zemalja („1. svijet”).
2020 a: “ograničeni rast
2020 b: “umjereni” rast
ukupno
„1. svijet“
„3. svijet
Prema nekim statistikama prosječni Amerikanac za života potroši oko 1600 tona materijala
izvađenih iz zemlje, to jeste 50 puta više od prosječnog Indijca. Što znači što je veći standard
života to je veći kvantitet potrošenih materijala.
Elektroenergetski sistem u BiH u kategoriji potrošnje električne energije u domaćinstvu koristi
naizmjenični napon 380/220V, 50Hz. Ni jedan oblik energije nije u praktičnom životu tako
svestrano primjenjen kao električna energija. Neki aparati mogu mogu da koriste čvrsta,
gasovita ili tečna goriva.
Sljedeća tabela prikazuje vrstu energije u ukupnoj potrošnji u domaćinstvu.
IZVORI
ENERGIJE
Električna
energija
Čvrsta
goriva
Tečna
goriva
Gasovita
goriva
UKUPNO
RASVJETA TOPLA KUHANJE GRIJANJE UKUPNO
VODA
100
40
50
10
50
0
10
10
25
11.25
0
20
0
50
17.5
0
30
40
15
21.25
100
100
100
100
100
______________________________________________________________________________ 20
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Iz tabele vidimo da 50 potrebne energije koju potrošimo u domaćinstvu otpada na električnu
energiju.
Vrijeme za koje se utroši 1 kWh
potrošač
Snaga u w
Kompjuter
200 W
frižider
200 W
zamrzivač
400 W
bojler
2000 W
sijalica
40 W
sijalica
100 W
pegla
1000 W
televizor
100 W
Ta peć
4000 W
Ringla na šporetu 1000 W
Rerna na šporetu 2000 W
Vrijeme u satima
5 sati
5 sati
2,5 sati
30 minuta
25 sati
10 sati
1 sat
10 sati
15 minuta
1 sat
30 minuta
Mjesečna potrošnja električne energije za četveročlanu porodicu
Potrošnja za pripremu jela
Aparati za hlađenje
Pranje i peglanje rublja
Utrošak tople vode, RTV i sl.
Ukupan utrošak el. energije
kWh 60-100
kWh 70-100
kWh 34-48
kWh 96-240
kWh 260-488
1.8 Racionalna upotreba električne energije u domaćinstvu
1. I moderni električni aparati se znatno razlikuju kad je u pitanju potrošnja električne
energije.: neki električni aparati “gutaju” struju i potroše duplo u odnosu na druge, koji
“štede” struju. Danas je kupac u mogućnosti, da pomoću narandžastog etiketa sazna
potrebne informacije o proizvodu: Na primjer kupac se može prilikom kupovine električnog
aparata orjentirati prema kriteriju njegove potrošnje el.energije.
2. Aparati koji “štede” električnu energiju su i jako ekonomični: U mnogim slučajevima cijena
ovih aparata nije toliko veća od prosjeka na trzištu. Ako uzmemo za primjer 2 aparata:
frižider sa 3 zvjezdice i “Eko- verziju” vidjećemo da se nabavka ovog drugog aparata
finansijiski isplati. Iako je njegova cijena malo veća ipak se isplati njegova nabavka, jer on
donosi uštede kod potrošnje električne energije. Već nakon ca.4 godine se njegova nabavka
isplati. I sami mi možemo doprinijeti uštedi el. energije ako se pridržavamo sljedećih savjeta:






gasiti sijalice u prostorijama koje se ne koriste
racionalno koristiti bojler
ne paliti sijalice pri dnevnoj svjetlosti
mašinu za veš uključiti tek kad je puna veša
zamrzivač i frižider postaviti što dalje od izvora toplote, i ne otvarati ih bez potrebe
kod kuhanja gledati da prečnik dna posude odgovara prečniku ringle na šporetu.
______________________________________________________________________________ 21
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
1. Sunce i Sunčeva energija
Sunce je udaljeno od Zemlje oko 150 000 000 km. Sunce je neiscrpljiv generator energije.
Organizovanije korištenje sunčevog zračenja dobija tek posljednjih decenija na značaju,
kada je civilizacija konačno postala svjesna njegovog značaja kao energetskog izvora.
Sunce predstavlja ogromnu gasovitu kuglu, prečnika 1 392 000 km. Spoljni sloj Sunca sastoji
se od 75% vodonika, 23% helijuma i 2% ostalih usijanih gasova pod velikim pritiskom. Masa
Sunca iznosi oko 2x1030 kg, zapremina 1,41x1027 m³, tako da je njegova srednja gustina
1400 kgm-3, sto znači da je srednja gustina Sunca 1,4 u odnosu na gustinu vode, a 0,25 u
odnosu na srednju gustinu Zemlje. Sunce se okreće oko svoje ose tako da njegova siderična
rotacija na Ekvatoru iznosi 25, a na polu 33 dana, sto pokazuje da ono nije u čvrstom stanju.
Sunce se nalazi u 4 agregatnom stanju nazvano plazmom, koje se sastoji od kompletnih
atoma, jona i elektrona elemenata koji se nalazi u Suncu i na visokoj temperaturi i velikom
pritisku.Temperatura Sunca na površini iznosi oko 5800 K, a u njegovoj unutrašnjosti raste
prema centru i dostiže do 15 000 000°. Ova visoka temperatura nam pokazuje da Sunčevo
jezgro predstavlja u stvari termonuklearni reaktor ogromnih dimenzija u kome se razvijaju
nuklearni procesi fuzije.
Cjelokupna energija na Zemlji, izuzev nuklearne i geotermalne, potiče od Sunca. Sunčeva
energija koju prima naša Zemlja i njena atmosfera toliko je ogromna da u toku samo 15 dana
iznosi onoliko kolike su zajedničke rezerve energije uglja i nafte u svijetu. Od ukupne
energije (100%) koja dospijeva na Zemlju i njenu atmosferu oko 30% se reflektira od
atmosfere i Zemljine površine ponovo u kosmos. Odnos između upadne vidljive svjetlosti i
difuzno reflektirane naziva se albedo.
Gotovo polovina (oko 48%) od ukupnog Sunčevog zračenja nakon zagrijavanja atmosfere i
gornje površine Zemlje, nevidljivim infracrvenim zračenjem kao toplota se vraća u kosmos.
O ovoj činjenici treba voditi računa u primjeni Sunčeve energije.
Ostatak Sunčevog zračenja oko (22%) troši se na stvaranje oblaka isparavanjem vode na
površini Zemlje iz kojih vodene naslage padaju na Zemljinu površinu pri čemu oslobođena
toplota odlazi u kosmos. Tako se isparavanjem voda mora, jezera i rijeka stvara kružni tok
isparavanja – kondenzovanja – padavina – snage tekuće vode.
______________________________________________________________________________ 22
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Strujanja zraka i mora, vjetrovi i talasi su takođe posljedica Sunčevog zračenja i njihova
energija, kao indirektna Sunčeva energija, može se praktično iskoristiti.
Jedan mali dio (oko 0,1%) ogromne Sunčeve energije koja dospijeva na Zemlju iskorišten je
u postanku i održavanju fotosinteze biljaka, a time i za nastanak fosilnog goriva, uglja, nafte i
zemnog gasa. Fotosinteza je pretvaranje svjetlosti u hemijsku energiju u biljkama
posredstvom hlorofila zelenog lista. Ona je pokretačka snaga za rast biljaka, a time i svih
živih bića, jer su biljke i drvo energetski izvori za hranu i grijanje. Ugalj je nastao od ostataka
biljaka sakupljenih u barama, a nafta i zemni gas pri procesu vrenja organskih materija u
toku milenijuma na dnu jezera i mora. Prema tome energija fosila je u stvari indirektna
Sunčeva energija nastala akumulacijom Sunčeve energije tokom stotine miliona godina.
Na površinu Zemlje dospijeva manja snaga Sunčevog zračenja zbog refleksije i apsorbiranja
Sunčevih zraka u Zemljinoj atmosferi. Zbog toga ova snaga ovisi od dužine puta koji Sunčevi
zraci pređu kroz atmosferu i kvaliteta atmosfere.
Utvrđeno je da 1m² horizontalne površine na Zemlji prima maksimalno oko 1 kW Sunčeve
snage ljeti u podne kada je put Sunčevih zraka kroz atmosferu najkraći. Prema tome, u
atmosferi se intenzitet snage Sunčevog zračenja smanji za oko 400 W. Snaga od 1 kWm-2 u
stvari znači da na 1m² Zemljine površine pod navedenim uslovima dospije energija od 1kWh.
Intenzitet Sunčeve energije je promjenljiva veličina i ovisi od mnogih faktora, kao što su
pravac prostiranja Sunčevih zraka, godišnje doba, trajanje Sunčeve radijacije, ugla Sunca
(doba dana), orijentacije površine na koju padaju Sunčevi zraci i meteoroloških uslova.
Zemaljski (terestrijalni) intenzitet radijacionog snopa Sunčevih zraka ovisi od pravca
Sunčevih zraka kojim oni prolaze kroz atmosferu. Za određivanje atmosferske propustljivosti
potrebno je izvršiti poređenje terestrijalnog intenziteta radijacionog snopa i
ekstraterestrijalnog (vanzemaljskog, izvan atmosfere) za isti snop.
Meteorološke osnove
Četiri godišnja doba
Pravac prostiranja Sunčevih zraka prema Zemlji ovisi od godišnjih doba koja nastaju kao
posljedica nagiba ose Zemljinog okretanja prema Suncu. Zemlja se okreće oko svoje
nepomične ose postavljene u pravcu sjever-jug koja je nagnuta prema ravni svoje putanje
oko Sunca pod uglom od 23° 27’ i zadržava isti pravac u prostoru. Zbog godišnjeg kretanja
Zemlje oko Sunca, položaj Zemljine ose u odnosu na pravac Sunčevih zraka stalno se
mijenja.
Za vrijeme ljetnjeg solsticaja (lat. Sunčeva prekretnica; 21.juna), kada je Zemljina osa
usmjerena prema Suncu, sjeverna Zemljina polukugla prima najviše Sunčevog zračenja.
Dani su duži od noći, a na sjevernom polu Sunce gotovo ne zalazi ispod horizonta. Ugao
Sunčevih zraka prema horizontu na 45° sjeverne geografske širine ovog dana u podne iznosi
α = ca. 62°. Na dan zimskog solsticaja (lat. Sunčeva prekretnica; 21. decembra), Zemljina
osa je usmjerena od Sunca i tada južna Zemljina polukugla prima najviše Sunčevog
zračenja. Na njoj tada dan traje duže od noći, a na južnom polu Sunce ne zalazi. Ugao
Sunčevih zraka prema horizontalnoj površini na 45° sjeverne geografske širine iznosi γ= ca.
15°.
______________________________________________________________________________ 23
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
21. Juni
61,9°
21.
Sept.
21.
Mart
38,5°
Zapad
21.
Dec.
15,1°
Jug
Sjever
8:33
6:20
4:00
Istok
Treba imati u vidu da stvarna Sunčeva energija koja dospijeva na Zemljinu površinu zavisi od
meteoroloških uslova na određenom mjestu. Za primjenu Sunčeve energije u jednom mjestu,
pored ostalog je potrebno da se obrati pažnja i na mikroklimu toga mjesta. Čistoća atmosfere
ima znatnog uticaja na rasipanje (disperziju) direktnog Sunčevog zračenja. Čak i za vrijeme
vedrih dana, na putu kroz atmosferu, direktni Sunčevi zraci se rasipaju na molekulima zraka i
mikroskopskim česticama, koje lebde u atmosferi (aerosoli), od čega potiče plavetnilo neba.
Oblaci, vodene kapljice, vodena para i magla u atmosferi predstavljaju veliku prepreku za
prodor direktnih Sunčevih zraka na površinu Zemlje. O svemu tome treba voditi računa pri
određivanju mikroklime za mjesto na kome se predviđa praktično korištenje Sunčeve
energije.
Sunčevo zračenje ovisi od meteoroloških uslova
Sunčev spektar
Sunce emitira na Zemlju elektromagnetske talase različite talasne dužne pri čemu su jedni
vidljivi, a drugi nevidljivi. Svi ovi talasi zajedno čine Sunčev spektar, koji se prostire od
ultraljubičaste svjetlosti talasne dužine 0,3 μm do infracrvene svjetlosti talasne dužine 3 μm.
U intervalu od 0,3 μm do 0,7 μm nalaze se talasne dužine vidljive svjetlosti sa maksimumom
pri talasnoj dužini od 0,5 μm. Infracrvena svjetlost počinje za talasne dužine iznad 0,7 μm.
Oko 90% od ukupne Sunčeve energije koja dospijeva na Zemlju pripada talasnim dužinama
između 0,3 i 1,5 μm.
______________________________________________________________________________ 24
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Prolazom kroz Zemljinu atmosferu, intenzitet Sunčevog zracenja i njegova raspodjela prema
talasnim dužinama se mijenja zbog rasipanja i apsorbiranja Sunčeve radijacije u atmosferi.
Maksimalni intenzitet Sunčeve radijacije ostaje i dalje za talasnu dužinu od 0,5 μm. Prema
tome maksimalna energija Sunčevog zračenja na Zemlji nalazi se u oblasti talasnih dužina
koje pripadaju području vidljive svjetlosti za koju je ljudsko oko najosjetljivije. Za određene
talasne dužine postoje znatna slabljenja Sunčevog zračenja na Zemljinoj površini usljed
apsorbiranja u vodenoj pari, kiseoniku, ozonu i ugljendioksidu, kojih uvijek ima u atmosferi.
Zbog toga je na Zemljinoj površini najefektivnije djelovanje Sunčevog zračenja ograničeno na
vidljivi i infracrveni dio Sunčevog spektra, odnosno, u granicama talasnih dužina od 0,3 do
1,8 μm, dok je djelovanje ultraljubičastih zraka prigušeno već kod talasne dužine od 0,3 μm.
Na slici data je energetska raspodjela u Sunčevom spektru za zračenje Sunca izvan
atmosfere i na Zemljinoj površini poslije prolaza kroz atmosferu. Radi upoređivanja, na istoj
slici je data i energetska raspodjela u spektru crnog tijela na temperaturi od 5777 K.
Raspodjela Sunčevog zračenja u spektru
Intenzitet zračenja
izvan atmosfere
Intenzitet zračenja
na Zemljinoj površini
optičko područje
ca. 0,4 – 0,8 μm
Sunčeve komponente
Energija Sunčevog zračenja “pada sa neba” i treba je samo “zahvatiti” odgovarajućim
sredstvima za široku primjenu. Godišnje tako u prosjeku padne na 1m² povrsine toplotne
energije koja bi se inače dobila sagorijevanjem oko 100 l ulja za loženje. Treba znati da na
Zemljinu površinu dospijevaju 2 komponente Sunčevog zračenja i to jedna koja dolazi
direktno od Sunca i naziva se direktno Sunčevo zračenje i druga, koja nastaje rasipanjem
direktnog Sunčevog zracenja u atmosferi poznata pod imenom indirektnog ili difuznog
Sunčevog zračenja. Direktno i difuzno Sunčevo zračenje na jednom određenom mjestu
zajedno čine ukupno ili globalno Sunčevo zračenje”. Za praktičnu primjenu u pojedinim
oblastima je važno znati srednje godišnje vrijednosti globalnog zračenja te oblasti.
______________________________________________________________________________ 25
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Na donjem dijagramu je prikazana suma globalnog zračenja u Gracu.
globalno Sunčevo zračenje
direktno
Sunčevo
zračenje
Sunčevo zračenje
difuzno
Sunčevo
zračenje
Jan
Feb
Mart
Apr
Maj
Jun
Jul
Aug
Sept
Okt
Nov
Dec
mjesec
Solarna konstanta
Kao što se vidi za teoretska i praktična istraživanja primjene solarne energije, važno je da se
odredi snaga Sunčevog zračenja na gornjoj granici Zemljine atmosfere. Snaga Sunčevog
zračenja koja dospijeva na 1 m² površine izvan Zemljine atmosfere okomito na pravac
Sunčevih zraka naziva se solarnom konstantom. Vrijednost solarne konstante iznosi Sk =
1373 +/- 20 W/m². U praksi se za solarnu konstantu uzima vrijednost Sk = 1353 W/m² =
1,353 kWh/m². Korektura +/- 20 je izvršena zbog toga što se Zemlja pri svom kretanju oko
Sunca ne nalazi uvijek na istom odstojanju od Sunca: U zimskom periodu je na manjem, a u
ljetnjem na većem odstojanju od Sunca.
1.1 Korištenje Sunčeve energije
Direktna Sunčeva energija može se koristiti u praksi njenom transformacijom u toplotnu,
električnu i hemijsku energiju:
Prijemnik
Sunčeve
energije:
biljke
solarne ćelije
kolektori
Transformacija
u:
Oblik energije:
biomasu
električnu
struju
toplota
hemijska
električna
termička(toplotna)
______________________________________________________________________________ 26
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Imamo mogućnost da kratkotalasnu Sunčevu energiju transformiramo u



toplotnu
električnu
hemijsku energiju.
Prema njima proces nazivamo:



fototermička
fotovoltaička (fotonaponska)
fotohemijska transformacija.
Sadašnji izvori energije i šanse za njihovo korištenje u budućnosti
Nafta. Računa se da danas u svijetu ima oko 100 milijardi tona nafte. Vijek trajanja nafte
iznosi jos oko 50 godina, računajući da će se današnji trend i dalje zadržati. Danas je nafta
zastupljena sa oko 50% u ukupnoj primarnoj energiji.
Prirodni gas. Rezerve prirodnog gasa nisu još dovoljno ispitane, ali se računa da su njegove
sadašnje rezerve dovoljne za 50 do 60 godina prema sadašnjoj upotrebi.
Ugalj. Prije 50 godina ugalj je bio zastupljen sa 80% među izvorima primarne energije, dok
danas njegova zastupljenost iznosi oko 30%. Vijek trajanja svjetskih rezervi uglja nije tačnije
određen, i računa se na 250 godina.
Nuklearna energija. Neki brodovi, ledolomci i podmornice se kreću na nuklearni pogon. Vijek
trajanja rezerve goriva za nuklearne električne centrale je ograničen i nuklearni izvori su
iscrpljivi. Nalazišta urana su veoma rijetka i vijek trajanja njegovih rezervi iznosi oko 80
godina. Osim toga, postoje velike opasnosti od radioaktivnosti pri kvaru nuklearnih centrala.
A ni problem radioaktivnih otpadaka nije riješen.
Geotermalne vode se nalaze na granici između iscrpljivih i neiscrpljivih izvora energije. Izvori
geotermalnih voda nastaju priraštajem temperature Zemljinih slojeva u smjeru prema njenom
centru. Na svakih 30 m dubine računajući od Zemljine površine, temperatura Zemlje se
povećava prosječno za 1°C.
Energija okeanske toplote se zasniva na razlici temperature između površinske i dubinske
temperature okeana. Temperaturska razlika može da dostigne vrijednost i do 25°C i tada se
može koristiti za dobijanje energije, koja se podiže na višu temperaturu pomoću toplotne
pumpe.
Energija vjetra je poznata još od najstarijih dana ljudske historije. Vjetrenjače su se koristile
prije za mlinove, a danas za dobijanje električne energije, naročito u zemljama sa dosta
vjetra.
Energija vode je takođe poznata kroz historiju čovječanstva. Prvo vodenice, a zatim turbine
odigrale su značajnu ulogu za dobijanje energije. Izgradnja velikih brana za hidrocentrale
mijenja okolinu i tako dolazi do meteoroloških promjena. Naime, odnos upadne Sunčeve
svjetlosti i odbojne mijenja svoju vrijednost.
Energija plime i osjeke takođe se spominje. Nedostaci što su uređaji skupi, a transport
energije komplikovan. Ovi uređaji mogu da utiču na dosadašnje životne prilike životinja i
biljaka u morima i okeanima.
______________________________________________________________________________ 27
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Talasna energija na morima i okeanima je vrlo velika. Postoje ideje da se ova neiscrpna i
velika energija iskoristi. Na primjer, naizmjenično kretanje gore-dole dva ploveća objekta,
dovodi do pretvaranja potencijalne energije u kinetičku i obratno, što se može upotrijebiti u
korisne svrhe.
Solarna energija
Koje su prednosti korištenja solarne energije?
Jedini realni izlaz iz sadašnje enrgetske krize je solarna energija. Na gornju površinu
atmosfere pada svake sekunde oko 1500 W Sunčeve energije pri normalnom padanju
svjetlosnih zraka na 1 m².
Oko 50% ove ogromne količine energije dospjeva na Zemljinu površinu i nažalost ova čista i
direktna Sunčeva energija nije iskorištena.
Sunčeva energija je jedini izlaz iz sadašnje svjetske energetske krize iz više razloga:
-
Sunčeva energija je neiscrpna i čista, jer ne zagađuje okolinu;
Primjenom direktne Sunčeve energije nema dodatnog zagrijavanja Zemlje i njene
atmosfere;
Sunčeva energija je zajednička za cijeli svijet;
Ova energija je besplatna ;
Tehnologija upotrebe solarne energije za dobijanje tople vode i za zagrijavanje
objekata je jednostavna;
Sunčeva energija je energija mira. Ne može se ratovati za Sunčevu energiju.
Niski troškovi rada i najekonomičniji izvor energije
Minimalna potreba za održavanjem i bez potrebe
za nadolijevanjem bilo kakvog goriva
Najbolji urbani obnovljiv izvor energije
Pruža mogucnost uvodenja elektricne energije na mjestima
gdje bi to inace bilo preskupo ili cak neizvodivo
Solarna enerigija je 100 % ekološka i dugotrajnija od bilo koje druge vrste
dobivanja energije a nakon prve instalacije je besplatna. Bitno je napomenuti da
se za isti uloženi novac može dobiti ista količina enregije kao kod drugih izvora
energije.
1.2 Sistemi za korištenje solarne energije
Sistemi za korištenje solarne energije mogu biti



aktivni
pasivni
mješoviti
Aktivni solarni sistemi su postrojenja za korištenje solarne energije zasnovane na cirkulaciji
radnog fluida kroz solarne kolektore montirane na raznim objektima ili posebnim nosačima.
Ovi sistemi se najčešće koriste za dobijanje tople higijenske vode temperature ispod 100°C,
a rjeđe i za zagrijavanje prostorija u stambenim ili drugim objektima.
______________________________________________________________________________ 28
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Pasivni solarni sistem obezbjeđuje korištenje Sunčeve energije za grijanje prostorija u
objektima, prilagođavanjem dijelova njihovih površina naročito na južnoj strani tako da vrše
ulogu
solarnih
kolektora.
(pasivna
kuća,
staklena
bašta)
Mješoviti solarni sistemi koriste pasivni solarni sistem za zagrijavanje prostorija objekta i
aktivni solarni sistem za dopunsko grijanje prostorija i dobijanje tople higijenske vode u
objektu. (pasivna kuća sa solarnim sistemom).
Efekat staklenika u kućištu kolektora
Na termički izoliranom dnu kućišta (slika a) postavljen je lim obojen tamnom bojom. Na
gornjoj strani kućište je pokriveno prozorskim staklom debljine 3-3mm. Od 100% vidljivog
kratkotalasnog zračenja koje dospjeva na limenu ploču koja nije pokrivena staklom (slika b),
kroz staklo prolazi oko 90% ovog zračenja talasnih dužina 0,3-3μm i pada na limenu ploču.
Limena ploča se zagrijava i počinje da emitira infracrveno zračenje talasnih dužina iznad
3μm. Ove zrake prozorsko staklo ne propušta već ih apsorbira i tako se zagrijava. Zagrijano
prozorsko staklo jedan dio toplote emitira nazad prema limenoj ploči (apsorberu), a drugi dio
u atmosferu. Na taj način se limena ploča zagrije do 90°C. Sloj na površini apsorbera ponaša
se kao apsolutno crno tijelo, pošto prima cjelokupno Sunčevo zračenje. Tako u prostoru
između prozorskog stakla i limene ploče nastaje efekat staklenika.
Dio
toplote koju prozorsko staklo zrači u atmosferu može se zadržati i praktično iskoristiti
postavljanjem još jednog prozorskog stakla (slika c), jer se time povećava stepen korisnog
učinka efekta staklenika. Iako je propuštanje svjetlosti odnosno koeficijent transmisije sada
manji i iznosi za oba prozorska stakla 75%, ipak se zbog povećanog korisnog učinka efekta
staklenika, limena ploča sada zagrijava od 90°-120°C.
Slika a.
Slika b.
1.
2.
3.
apsorber (crni lim)
termička izolacija
staklo
Slika c.
______________________________________________________________________________ 29
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
2. Kolektor i tipovi kolektora
Uređaj kojim se ostvaruje transformacija Sunčeve energije u toplotnu naziva se kolektor
solarne energije. Prema konstrukciji i načinu funkcioniranja razlikuju se dvije vrste solarnih
kolektora:
1. niskotemperaturni
2. visokotemperaturni (fokusirajući).
Niskotemperaturni kolektori skupljaju globalno Sunčevo zračenje i transformiraju ga u toplotu
do 100°C, dok fokusirajući pomoću optičkih sistema koncentriraju Sunčevo zračenje čime se
postiže i temperatura od 80°C do 2000°C. Koncentriranje Sunčeve energije vrši se
sistemom ravnih ogledala, sfernim, paraboličnim i cilindričnim ogledalima, kao i pomoću
sabirnih optičkih sočiva. Za dobijanje tople sanitarne vode i za zagrijavanje prostorija koristi
se toplota niskih temperatura do 100°C, a to se postiže niskotemperaturnim kolektorima.
Niskotemperaturni solarni kolektori dijele se na:
apsorber za zagrijavanje bazenske vode, vakumske, zračne i ravne pločaste kolektore.
______________________________________________________________________________ 30
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
2.1 Apsorber za zagrijavanje bazenske vode
Apsorberi od plastičnog materijala se
koriste za zagrijavanje bazenske
vode. U sezoni kupanja je poželjna
temperatura vode od 22°C do 25°C.
Zato su dovoljni apsorberi od
plastičnog materijala, jer imaju nisku
radnu temperaturu, ne moraju se
pokrivati i jednostavno se montiraju
na krov. Apsorber treba da bude
otporan na koroziju, hlor, vremenske
nepogode, ultraljubičasto zračenje i
na vlažnost. Polietilen (PE),
polipropilen (PP) i EPDM ( etilenpropilen-dien-monomer, vrsta
sintetičkog kaučuka) koriste se za
pravljenje apsorbera. Apsorber se
postavlja na krovove pod uglom
između 20°i 35°, da bi se u zimskom
periodu zbog smrzavanja mogla voda
lakše ispustiti.
______________________________________________________________________________ 31
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Presjeci apsorbera
Polipropilen (PP)
Etilen-Propilen-Dien-Monomer (EPDM)
EPDM
Termoplastični elastomer (TPE)
EPDM
EPDM
Polipropilen (PP)
PVC+ Poliester-Vlakno
______________________________________________________________________________ 32
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
2.2 Vakumski kolektori
Vakumski kolektori se najčešće zbog tehničkih razloga proizvodnje izvode kao cijevni
kolektori. Kod cijevnog kolektora leži bakreni apsorber u unutrašnjosti staklene cijevi. U tu
cijev, koja propušta svjetlost i koja je otporna na toplotu, je ubačena uska apsorberska traka
sa selektivnim premazom.
Vakumski cijevni kolektor se sastoji od nelomljive kvarcne staklene cijevi, koja propušta
svjetlost i koja je otporna na toplotu. U nju je ubačena uska apsorberska traka sa
selektivnim premazom. Na poleđini apsorbera se nalazi dvostrana cjevčica, koja sadrži radni
fluid.
Pošto je zrak u staklenoj cijevi vakumski eliminiran, smanjuje se konvekcija i time
omogućava minimiranje gubitaka toplote. I kod visokih radnih temperatura postiže se veliki
stepen učinka kolektora. Zbog njegovog učinka pri radnoj temperaturi od preko 60°C
primjenjuje se zagrijavanje sanitarne vode i dijelom tehničke vode za grijanje.
Druga prednost ovog kolektora je da se cijevi mogu okrenuti po dužnoj osi u povoljan ugao
prema Suncu. Ovo je od velike koristi kod krovova koji nisu na južnoj strani a njihov nagib je
previše ravan ili previše kos.
______________________________________________________________________________ 33
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Kod vakumskih cijevnih kolektora
razlikujemo 2 načina vezivanja:
„mokri i suhi“. Kod mokrog vezivanja
protok radnog fluida je direktan, a
kod suhog radni fluid dobija toplotu
preko kondenzatora ( Heat-PipeSystem).
Već i pri manjem Sunčevom
zračenju se apsorber zagrijava,
tako da se radni fluid pretvara u
vodenu paru u cjevčici, koja se
nalazi na njegovoj poleđini. Tom
prilikom se vodena para penje ka
kondenzatoru, gdje se ponovo hladi
i predaje toplotu preko
kondenzatora radnom fluidu, koji se
nalazi u solarnom krugu. Ohlađena
tečnost teče ponovo niz vanjsku
cjevčicu na dole. Tako nastaje
kružni tok, u kome se proces
obnavlja.
Prednost „Heat-Pipe” sistema je u tome što se pojedine cijevi mogu izmijeniti, a da se pri
tome ne mora isprazniti kružni tok kolektora
______________________________________________________________________________ 34
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
termička
izolacija
izmjenjivač
toplote
Cijev, koja
sakuplja toplotu
kondenzator
vakumska cijev
apsorber sa selektivnim
premazom
Heat-Pipe u kojoj se nalazi
radni fluid
I pored učinka ovih vakumskih kolektora godišnje od 450 kWh/m², ipak zbog visoke
cijene njegova primjena nije široko rasprostranjena na tržištu.
______________________________________________________________________________ 35
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
2.3 Zračni solarni kolektori
U pogledu radnog fluida solarni kolektori se dijele na vodene i zračne kolektore. Najčešće se
koriste kolektori sa tečnim fluidom, odnosno voda sa antifrizom protiv zamrzavanja. Zračni
solarni kolektori kao radni fluid koriste zrak i rade na istom principu kao i solarni kolektori sa
tečnim fluidom. Njihov zadatak je da uhvate, prikupe i sprovedu što je moguće veću količinu
Sunčevog zračenja koristeći pored ostalog i efekat staklene bašte. Imaju iste glavne dijelove
kao i solarni kolektor sa tečnim fluidom: apsorber, pokrivač (transparenta), kućište i termička
izolacija. Apsorber zračnog kolektora je jednostavan i ne stvara konstruktivne teskoće kao
kod vodenog kolektora. To može da bude svaka ravna i profilirana površina od materijala
otpornog na toplotu do temperature do 160°C, jer se do te temperature može zagrijati
apsorber izložen Sunčevom zračenju bez odvođenja toplote. Najčešće se upotrebljavaju
tanki rebrasti i različito profilirani limovi od aluminija, bakra i čelika. Pored efekta staklene
bašte u konstrukciji zračnih solarnih kolektora koristi se još i efekat suprotnog (povratnog)
strujanja zraka i efekat rebrastih površina apsorbera.
Toplotni efekat suprotnog strujanja zraka poznat je u termodinamici, a koristi se i kod
strujanja tečnih fluida. Efekat rebrastih površina sastoji se u tome da se ravna površina
apsorbera izloži Sunčevom zračenju, a njegova rebrasta površina na suprotnu stranu. Na taj
način manja površina prima Sunčevo zračenje, a veća emitira čime se postiže da pri
relativno nižoj temperaturi apsorbera njegov koeficijent korisnog učinka postane veći.
Obzirom na jednostavnost u konstrukciji apsorbera solarnih zračnih kolektora, bez
komplikacija sa cijevima, korozijom i vlaženjem kod vodenih kolektora, njihova pojedinačna i
serijska izrada ne zadaju velike teškoće.
Efikasnost zračnog kolektora je nešto manja od efikasnosti kolektora sa tečnim radnim
fluidom podjednakih konstruktivnih karakteristika, prvenstveno zbog manje specifične toplote
zraka u odnosu na vodu ili drugu tečnost, kao i zbog njegove manje gustine. Zbog tih
karakteristika zraka, zračni kolektori rade sa višom temperaturom što ima za posljedicu niži
koeficijent korisnog učinka.
Grijač zraka
zračni kolektor
zračni kolektor
Dovod zraka (25-50 C°)
Zagrijavanje vode preko
izmjenjivača toplote
Zrak u
prostoriji
grijanje pomoću zraka u zimskom periodu
grijanje pomoću zraka u ljetnjem periodu
______________________________________________________________________________ 36
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Zračenje toplote
zračni kolektor
Zid koji akumulira
toplotu
zračni kolektor
pod koji akumulira toplotu
Sistem grijanja
(Hypokausten)
povratno dobijanje
toplote
Zrak u
prostoriji
Dovod zraka (25-50 C°)
kontrolirano provjetravanje
KONSTRUKCIJA I PRINCIP FUNKCIJE ZRAČNOG KOLEKTORA
HLADNI ZRAK
Pokrivač
(jednostruko sigurnosno staklo)
strukturiran
Rebrasti absorber,
aluminijski profil
Prirubni okvir
Izolacioni materijal
(mineralna vuna)
TOPLI ZRAK
2.4 Kolektori sa koncentriranjem Sunčevih zraka (koncentratori)
Kolektori kod kojih se Sunčevi zraci zahvaćeni sa veće površine koncentriraju na neku manju
površinu nazivaju se koncentratori ili fokusirajući kolektori. Kod ovih kolektora mogu se u
ovisnosti od konstrukcije ostvarivati visoke radne temperature i do par hiljada stepeni
Celzijusa, mada komercijalni tipovi kolektora ostvaruju temperature od par stotina stepeni. U
ovisnosti od vrste materijala koji se koriste kod fokusirajućih kolektora u najvećoj mjeri ovisi i
njihova efikasnost. Toplotna energija viših i visokih temperatura do 1000 i više stepeni
Celzijusa može se dobiti koncentriranjem Sunčevih zraka tako da se na mjestu korištenja
gustina zračenja povećava. Ovo se postiže na više načina pomoću raznih optičkih sredstava.
Sredstva se mogu podijeliti na 2 grupe: ogledala i sočiva. Ogledala mogu da budu ravna ili
da imaju zakrivljene površine. Ogledala sa zakrivljenim površinama su sferna, eliptična,
parabolična i cilindrično-parabolična. Podesnim postavljanjem ravnih ogledala mogu se
koncentrirati Sunčevi zraci na jedan kolektor i tako dobiti toplotna energija visoke
temperature.
______________________________________________________________________________ 37
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
a)sistem radnih ogledala (1) i (2) koncentriraju Sunčeve zrake na tamnu ploču (3) i
zagrijavaju je do visoke temperature.
b) sistem ogledala (1) i (2) koncentriraju Sunčeve zrake na cilindričnu površinu (3) i
zagrijavaju ovu površinu i njenu unutrašnjost do visoke temperature.
c) više ili polipločasti (Frenelov) sistem ogledala (1) koncentrira Sunčevu svjetlost na
cijevi (2).
a)
b)
c)
d)
sferno izdubljeno ili konkavno ogledalo
eliptično ogledalo
parabolično ogledalo
cilindrično-parabolično ogledalo
______________________________________________________________________________ 38
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Jednostavan
uređaj za
kuhanje hrane
(kuhalo)
Sunčevom
energijom
pomoću
paraboličnog
ogledala koji se
koristi u Africi
Indiji.
2.5 Ravni pločasti kolektori
Posebna prednost ravnih pločastih kolektora nad kolektorima za koncentriranje Sunčevog
zračenja je u njihovoj mogućnosti apsorbiranja i difuznog zračenja pored direktnog.
Ravni pločasti kolektori kao reprezentativni predstavnici sistema za prijem i transformaciju
Sunčevog zračenja u toplotu, takođe se mogu podijeliti na više grupa i podgrupa u ovisnosti od
konstrukcionih karakteristika (materijala elemenata iz kojih je izrađen apsorber, vrste
apsorbirajućeg premaza, broja transparentnih ploča i dr.) i radnom medijumu koji služi kao
nosilac toplote (sa tečnim radnim sredstvom i zrakom).
Ravni solarni kolektori su najjednostavniji uređaji pomoću kojih se globalno Sunčevo zračenje
može apsorbirati i pretvoriti u toplotu. Prosječna konstrukcija ravnog pločastog kolektora
sastavljena je iz kućista, apsorbera, toplotne izolacije, transparenta.
Kućište je sa vanjske strane zatvoreno i izolirano, da se ne bi efikasnost kolektora zbog
prašine, insekata i vlažnosti pogoršala i da bi se minimirao gubitak toplote.
______________________________________________________________________________ 39
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Okvir za zaptivanje
kolektora sa gornje
strane
Guma sa trostrukim
profilom za zaptivanje.
EPDM- crna i silikonska
Specijalno prizma
solarno staklo bez
željeza
Apsorber sa bakrenim
cijevima.
Poleđina od aluminija
Izolacija od
impregnirane
kamene vune
Toplotna izolacija sprječava gubljenje toplote iz kolektora na njegovim bočnim stranama, a
naročito sa donje strane.
Zastakljenje može biti jednostruko i dvostruko, a rijetko trostruko i ima ulogu
obrazovanja u kolektoru već poznatog efekta staklenika, kao i zaštite od
meteoroloških promjena.
______________________________________________________________________________ 40
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Solarni kolektor EKS 2000 – 1,3m²
Velikopovršinski kolektor EKS 3000 – 2,5m²
adapter za senzor
eloksirani
aluminijski
okvir
prsten za
zaptivanje
(od silikonskog
kaučuka)
pokrivanje prizma solarnim
staklom bez željeza
držači za centriranje
apsorbera
visoko selektivni premaz
(crni nikl)
termička
izolacija
apsorberska ploča
(aluminijum)
bakarne cijevi koje služe
za transport fluida
montažna ploča
integrirana sabirna
cijev
spojnica od
mesinga sa
steznim prstenom
a
prokromska
opruga
korito kolektora
(izvučeni
aluminijum sa
rebrom za
ukrućenje)
b
Šematski su prikazane gornje površine kolektora sa najjednostavnijim i najčešćim načinom
postavljanja na apsorber. Zmijasto savijena metalna ili plastična cijev (slika a) učvršćena je uz
ploču apsorbera A tako da na jednom kraju (1) ulazi hladna voda, a na drugom (2) izlazi
topla posle zagrijavanja Sunčevim zračenjem. Na slici b šematski je prikazan slučaj kada su
cijevi paralelno učvršćene za ploču apsorbera A i nalemljene na dovodnu (1) i odvodnu cijev
(2).
______________________________________________________________________________ 41
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
3. Apsorber
Najvažniji i najosjetljiviji dio solarnog kolektora je apsorber jer od njega uglavnom ovisi
efikasnost kolektora. Treba imati u vidu da je apsorber istovremeno i izmenjivač toplote jer
toplotnu energiju primljenu od Sunca predaje transportnom fluidu koji je odvodi do
potrošača ili u akumulator toplote za kasniju upotrebu. Apsorber je ravna ploča od materijala
koji dobro apsorbira Sunčevo zračenje i obojena je selektivnim premazom u kojoj protiče
transportni medijum i odvodi toplotu dobijenu Sunčevim zračenjem.
Postoje različite vrste apsorbera s obzirom na materijal od kojeg su napravljeni, način
premaza njegove površine, efikasnost u predaji toplote transportnom radnom fluidu i način
ugradnje u solarni sistem.
Apsorberi se prave od bakra, aluminijuma, čelika, mangana i specijalnih vrsta plastičnih
materijala. Veoma je postojan i efikasan bakarni apsorber sa bakarnim cijevima. Za
aluminijumske apsorbere postoji opasnost od korozije naročito u primorskim krajevima
zbog prisustva soli u zraku. Čelični apsorber može da korodira ako se iz njega za izvjesno
vrijeme odstrani voda. Pri izboru materijala za apsorber o svemu navedenom treba voditi
računa. Površina apsorbera koja se izlaze Sunčevom zračenju premazuje se matcrnom bojom (solarnim lakom) tako da se smanjuje gubitak toplote usljed refleksije i
difuzije svjetlosti, a povećava apsorbiranje ove površine. Sloj laka treba da bude što
tanji, pošto je lak termički izolator i loš provodnik toplote. Na taj način se postiže da
apsorber apsorbira oko 95% Sunčevog zračenja, i emitira oko 80%. Pošto solarni
kolektor treba da traje više godina mat-crni lak mora da bude postojan i otporan na
temperaturu do 160°C. Apsorberi sa ovako obojenom površinom nazivaju se
neselektivni. Kada se gornja površina apsorbera oboji specijalnom bojom koja dobro
apsorbira kratkotalasno zračenje vidljivog Sunčevog spektra, a slabo emitira dugotalasno
toplotno infracrveno zračenje, onda se dobija apsorber sa selektivnom površinom. Solarni
kolektor sa ovakvim apsorberom ima male toplotne gubitke koji nastaju zračenjem
apsorbera, jer on više apsorbira toplotne energije nego što je emitira. Ovo se može
objasniti time što je debljina sloja ove boje veoma mala i iznosi ispod 3μm, tako da
propusta infracrvene zrake, ali ih zagrijan slabo emitira. Od 100% Sunčevog zračenja
koje primi, selektivna površina apsorbera apsorbira oko 90-95% toplotnog infracrvenog
zračenja, a emitira samo oko 10-20%. Zato se u posljednje vrijeme za solarne kolektore
sve više koriste apsorberi sa selektivnom površinom.U cilju što efikasnije predaje primljene
toplote radnom fluidu, apsorber treba da ima što bolju provodljivost toplote i da bude u što
neposrednijem kontaktu sa fluidom. O tome se mora voditi računa pri izboru materijala i
konstrukciji apsorbera.
Crni lak i selektivna površina (sloj)
Selektivna površina (sloj)
Emisija samo 15%
Konvencionalni crni lak
Emisija 88%
svjetlost
svjetlost
toplota
toplota
apsorber
apsorber
______________________________________________________________________________ 42
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Za proizvodnju selektivnih površina se koriste razni postupci. Najčešće se primjenjuje
postupak elektrolize, gdje se npr. tanki sloj pigmenata crnog nikla nanosi na aluminijsku
ploču ili sloj pigmenata crnog kroma na bakarnu ploču.
Jedan od novih selektivnih površina je tinox. Tinox – TiNxOy (Titan-nitrid-oksid) se sastoji
od Ti (titana), N2 (azota), O2 (kisika) i SiO2 (kvarca). Tinox nastaje postupkom
oplemenjivanja metalnih površina. Metal se isparava i sliježe se u vakumskoj komori na
hladnu površinu radnog komada. U prvoj fazi se tanak sloj (0,1μm) od titan-nitrid-oksida
nanese na supstrat od bakra ili aluminija. A u drugoj fazi ovog postupka se isparavanjem
dodatni antireflektirajući sloj SiO2 (kvarca) oplemeni. Upoređujući druge apsorbere
istraživanja su pokazala da tinoksovi apsorberi ovisno od konstrukcije kolektora mogu
smanjiti gubitke toplote (K-vrijednost) i do 0,8 W/m²K. Njegova proizvodnja je 100%
oslobođena emisije i koristi 90% manje energije u odnosu na površine apsorbera dobijene
galvanizacijom. Tinoxovi sastavni elementi nisu otrovni i biološki se razgrađuju.
Karakteristike proizvoda pojedinih površina (slojeva) apsorbera
Proizvodač
Tekno
Term
MIT
Batec
GIBO
INCO
ALLoys
Energie
Solaire
Themafin
Proizvod Kratkotalasna Dugotalasna
Sloj
apsorpcija α emisija
(premaz)
%
ε%
SunStrip
95 +/- 2
15 +/- 2
Ni na
oksidiranom
Al
Black
95 +/- 2
12 +/- 2
crni krom
Chrome
na Ni
Batec
95 +/- 2
12 +/- 2
crni krom
na Ni
GIBO
95 +/- 2
12 +/- 2
crni krom
na Ni
Maxorb
97 +/- 1,5
10,5 + /- 1,3 crni nikl
94 +/- 2
18 +/ - 4
> / = 95
< / = 10
TINOx
Interpane
Solar
Apsorber
Black
Chrystal
TINOx
Sunselect
95
95
5
5
Tekno
Term
Ikarus
Solar
Solei (Luz)
SunStrip
(novi)
Apsorber
2000
Solaei
95
10
95
10
98
8
Shiroki
Sydney
Abs.
96
3
90 +/- 2
20 +/- 5
95
88
95
86
70 - 90
2-4
Razni
proizv.
crni krom
na Ni
Ni
TINOx
materijal
mix
Ni
Postupak
Apsorber
elektrohemijski
Al
galvanski
Cu
galvanski
Cu
galvanski
Cu
zaljepljen kao
folija
galvanski
Al
Es
kristalizirani
Cu
PVD
Cu
Cu
Al
a-C:H
PECVD
(org.)/ metal
nepoznat
razni postupci
lakiranja
nepoznat
nepoznat
selektivni
lak
crni aut. lak
solarni lak
M 40
amorfni
ugljik
Cu
Cu
staklo
nepoznat
Al / Cu
špricanja i
premazivanja
špricanja i
premazivanja
špricanja i
posipanja
Al / Cu /
St / Es
Al / Cu /
St / Es
Al / Cu /
St / Es
______________________________________________________________________________ 43
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
I pored nastojanja da se konstruktivnim usavršavanjem postigne što bolji kontakt između
ploče apsorbera i radnog fluida, ipak se gubi toplotna energija predata radnom fluidu na
mjestima zavarivanja dodirnih površina i u prostoru među cijevima.
Gomja površina se oboji selektivnim premazom, donja se postavlja na toplotno izoliranu
podlogu. Na taj način se dobija veoma dobar koeficijent korisnog dejstva apsorbera. Međutim,
pošto su obje ploče čvrsto spojene površina izložena Suncu se jače zagrijava i može da dođe do
savijanja zbog različite dilatacije(lat. rastezanje, širenje) pojedinih limenih ploča. Na šemi
strelicom je prikazan tok fluida u ovom apsorberu. Pored navedenih osobina, apsorber treba
da bude što jednostavniji za mogućnosti ručne izrade kao i za serijsku proizvodnju. Iz
izloženog se vidi da za pojedinačnu i ručnu izradu najveću teškoću predstavlja povezivanje
cijevi sa pločom apsorbera profiliranjem i zavarivanjem.
Na šemi je prikazan tok fluida u ovom
apsorberu.
3.1 Uticaj crnog premaza (sloja) na efikasnost kolektora
Crni premaz apsorbera omogućuje intenzivnije upijanje Sunčevog zračenja i samim tim bolje
zahvatanje energije, te veći učinak kolektora. Obzirom na takav značaj boje na efekat
kolektora potrebno je da se prilikom projektovanja solarnih instalacija projektant upozna i sa
nekim njenim karakteristikama kao što su koeficijent apsorpcije, koeficijent emisije, otpornost
na više temperature, otpornost na prirodno starenje, elastičnost i dr., kako ne bi boja prije
vremena propala i smanjila učinak kolektora.
Veća hrapavost apsorbera takođe doprinosi boljoj apsorpciji zraka i boljem energetskom
bilansu kolektora Sunčevog zračenja.
3.2 Prednji pokrivač solarnog kolektora (transparenta)
Poslije apsorbera važan dio solarnog kolektora je prednji pokrivač koji propušta Sunčevo
zračenje do površine apsorbera. On ima 2 osnovna zadatka: da u solarnom kolektoru
uspostavi efekat staklene bašte i da zaštiti apsorber od neposrednog dodira sa atmosferskim
zrakom. U neposrednoj blizini veoma zagrijanog apsorbera A (vidi sliku lijevo), uvijek se
javlja konvektivno kretanje zraka. Usljed stalnog kretanja zraka nastaje miješanje njegovih
toplijih i hladnijih slojeva, zbog čega nastaje veliki gubitak toplote koju je apsorber primio.
______________________________________________________________________________ 44
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Postavljanjem staklenog pokrivača S (vidi sliku desno) u kolektoru iznad apsorbera ovaj
gubitak se znatno smanjuje jer se time ograničava konvektivno kretanje zraka. Zato
rastojanje između prednjeg pokrivača kolektora i apsorbera treba da bude 20-30 mm. Na taj
način se konvektivno kretanje zraka između pokrivača i apsorbera znatno reducira i time
smanjuje gubitak toplote apsorbera. Pri izboru stakla za prednji pokrivač solarnog kolektora,
treba obratiti pažnju i na kvalitet stakla. Dokazano je da od 2 staklene ploče iste debljine
povoljniji koeficijent transmisije svjetlosti ima staklo čije su ivice svijetle nego ono sa ivicama
zelenkaste boje.
Pošto je Sunčevo zračenje kratkotalasno, prolazi kroz staklo manje debljine. Na primjer, od
100% ulaznog zračenja kroz staklenu ploču debljine 3mm prolazi 85%, a kroz staklenu ploču
od istog materijala debljine 6mm prolazi 81%. Pored ova 2 osnovna zadatka, prednji
pokrivač solarnog kolektora treba da zaštiti apsorber od zagađivanja, atmosferskih padavina
i vlage. To znači da on treba da ima mehaničku i toplotnu otpornost, kao i hemijsku
postojanost. Iz ovog prethodnog se vidi da kod izrade solarnih kolektora potrebno odrediti
debljinu staklenog pokrivača i rastojanje između pokrivača i apsorbera. Na donjim slikama
vidimo primjere standardnog solarnog stakla i antireflektirajućeg stakla, koji se sada
primjenjuju za solarne kolektore.
Transmisija standardnog solarnog stakla
Transmisija antireflektirajuće stakla
4% refleksija
1,5% refleksija
1% apsorpcija
1% apsorpcija
4% refleksija
Standardno solarno
staklo
91% transmisija
1,5% refleksija
Antireflektirajuće
staklo
96% transmisija
______________________________________________________________________________ 45
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
3.3 Izolacija i zaptivanje kolektora
Kućiste solarnog kolektora može da bude od metala ili od drveta. Pored metala koji se
koriste za apsorber, za kućiste se može koristiti pocinčani lim, aluminij, prokrom(nehrđajuci
čelik). Kućiste mora da bude tako da u njemu budu obezbjeđeni potpuna termička izolacija i
zaptivanje svih dijelova solarnog kolektora, naročito apsorbera i pokrivača. Dno kućista ispod
apsorbera i bočne strane kućišta mora da budu potpuno termički izolirani. Kao termičkoizolacioni materijal koristi se poliuretan(PU), staklena i impregnirana kamena vuna. Sloj
materijala za izoliranje debljine 50-100 mm dovoljan je za termičku izolaciju dna, a 20-30 mm
za izolaciju bočnih strana kućista solarnog kolektora. U praksi je najbolje osobine izolacije
protiv gubitaka toplote i vlažnosti pokazala kombinacija sloja kamene vune i sloja
poliuretana, pri čemu se sloj kamene vune stavi iznad sloja poliuretana. Sloj kamene vune
štiti tada sloj poliuretana od toplote, a poliuretan sloj kamenu vunu od vlažnosti. U cilju
povećanja koeficijenta korisnog učinka solarnog kolektora, sloj poliuretana se obloži
aluminijskom folijom. Između takvog dobijenog izolatora apsorbera ostavi se sloj zraka
debljine oko 5 mm. Pored izolacije potrebno je i dobro zaptivanje svih elemenata solarnog
kolektora ugrađenih u kućište, a naročito prednjeg pokrivača (transparenta).
Solarni kolektor
EPDM – Guma za zaptivanje
Eloksirani
aluminijski okvir
transparentno
sigurnosno
staklo
Selektivna površina-sloj
Bočna izolacija
Ultrazvučno zavareni
apsorber od bakra
Termička izolacija- 60mm
Poleđina od aluminija
3.4 Smanjenje efikasnosti kolektora tokom vremena eksploatacije (upotrebe)
Termo-energetske karakterisitke kolektora relativno brzo opadaju u ovisnosti od
konstruktivnih karakteristika, vrste ugrađenog i korištenog materijala, tehnologije izrade i dr.
Zbog toga kako neka praktična istraživanja na to ukazuju, dolazi do ukupnog pada
energetskih karakteristika cjelokupnog solarnog uređaja uzrokujući značajna odstupanja od
predviđenih efekata. Uticaji na veličinu koeficijenta termičke efikasnosti kolektora mogu se
generalno podijeliti na dvije grupe:


uticaji na koje se može djelovati eksploatacionim i koncepcijskim uvjetima i rješenjima
uticaji na koje se uslovno rečeno ne može djelovati eksploatacionim i koncepcijskim
uvjetima i rješenjima
______________________________________________________________________________ 46
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Nakon puštanja kolektora u rad, izložen je stalnim dinamičkim djelovanjima njegove
upotrebe. To dovodi do procesa degradacije (lat. postepeno smanjivanje i gubljenje), što ima
kao rezultat pad njegove efikasnosti. Degradacioni procesi koji se odvijaju u njemu mogu biti
fizičko-hemijski i mehanički.
Fizičko-hemijski procesi pojedinih parametara kolektora manifestiraju se smanjenjem faktora
transmisije transparentnog pokrivača (‫ )ז‬zbog procesa starenja i dr., smanjenjem spektralnog
faktora apsorpcije apsorbera (α) zbog promjene pigmentacije, isparavanja pojedinih
komponenti apsorpcionog premaza, termičkih uticaja i drugih procesa u materijalima od kojih
je izrađen kolektor. Mehanički, termo-mehanički procesi, manifestiraju se takođe,
smanjenjem karakteristika transmisije i apsorpcije kolektora, prije svega zbog taloženja
prašine i čestica na transparent kod svih vrsta kolektora i apsorber ( kod kolektora sa
dekompresionim otvorima usljed “efekta disanja”, i kod kolektora sa zrakom kao radnim
fluidom). Deponiranje prašine, čestica iz zraka i materija iz boje, termičke izolacije i dr.
(usljed termičkih i mikroklimatskih kružnih ciklusa u samom kolektoru) na unutrašnju stranu
transparenta, takođe tokom vremena smanjuju njenu transparentnost. Isto tako vlaga koja
dospjeva u unutrašnjost kolektora prodire u termičku izolaciju povećavajući joj koeficijent
konduktivnog provođenja toplote, što za posljedicu ima povećane ukupne toplotne gubitke i
aktiviranje hemijskih degradacionih procesa.
Kod kolektora sa tečnim radnim fluidom na pad koeficijenta termodinamičke efikasnosti
značajan uticaj ima pojava taloženja materija iz tečnosti na zidove kanala (kamenac) što
povećava termičke otpore toplotnom pravcu od apsorbera ka radnom fluidu. Posljedica ove
pojave je otežano hlađenje apsorbera kolektora, odnosno porast njegove srednje
temperature u odnosu na temperaturu zraka i vanjske sredine, te pad ukupnog koeficijenta
efikasnosti kolektora.
Obzirom da je kolektor u sistemu solarnog grijanja, elemenat koji je uvijek van objekta zbog
neposrednog izlaganja djelovanju Sunčevog zračenja, mora biti izložen djelovanje
atmosferskih uvjeta koji utiču na njegovu trajnost i vjetru i njegovoj brzini koji povećava
njegove toplotne gubitke.
3.5 Orijentacija kolektora
Kolektor lociran sjeverno od Ekvatora se pod određenim nagibom orijentira ka jugu u cilju
dobijanja maksimalnih energetskih efekata. Pošto se relativan odnos Sunca prema objektu
na kojem je lociran kolektor, mijenja tokom dana, mjeseca i godine neophodno je kod
nepokretnih kolektorskih sistema obezbijediti pravilnom orijentacijom maksimalnu
osunčanost kolektora, te time i energetski povoljniji učinak. Ukoliko smještajne mogućnosti
ne dozvoljavaju idealnu južnu orijentaciju kolektora, a na tome se u krajnem slučaju ne mora
insistirati, moguće je kolektor locirati i u zakrenutom položaju, u odnosu na jug bez velikih
gubitaka.
3.6 Nagib kolektora
Poznata je ovisnost intenziteta Sunčevog zračenja koji dospijeva na neku površinu na Zemlji
i ugla koji čine svjetlosni zraci sa ovom površinom, što znači za prijemnu površinu ravnog
solarnog kolektora. Solarni kolektori su najčešće učvršćeni na krovovima kuća, terasama ili
na čeličnim nosačima na zemlji. Sunce koje zračenjem predaje energiju solarnom kolektoru,
prividno vrši dvostruko kretanje i to dnevno i godišnje. Prividno dnevno kretanje Sunca od
istoka prema zapadu preko juga nastaje usljed okretanja Zemlje oko sopstvene ose od
zapada ka istoku.
______________________________________________________________________________ 47
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Prividno godišnje kretanje Sunca nastaje usljed kretanja Zemlje oko Sunca
zbog čega se Sunce na nebu prividno pomjera 4 puta po 23°27’ između sjevernog ij užnog
povratnika pri čemu dva puta mijenja smjer svog prividnog kretanja. Poznato je da u ovakvoj
situaciji nije moguće da na kolektor okrenut prema jugu Sunčevi zraci u toku dana i cijele
godine padaju na prijemnu površinu kolektora (prednju) pod pravim uglom, kada solarno
zračenje ima najveći efekat. Zato je potrebno da se pri postavljanju solarnog kolektora za
njegov nagibni ugao prema Zemlji izabere odgovarajuće rješenje tako da u toku godine ili
pojedinih godišnjih doba, Sunčevi zraci padaju što je moguće normalnije na prijemnu
transparentnu površinu kolektora. Naročito je važno da se ovo postigne u intervalu od oko 6
sati u podne svakog dana kad je efekat Sunčevog zračenja tada najjači. U oblastima sa
čestim maglama potrebno je da se kolektori usmjere prema jugozapadu da bi se
popodnevnim Sunčevim zračenjem nadoknadilo ono što je izgubljeno u jutarnjem periodu
zbog magle. Treba imati u vidu da radni solarni kolektori funkcioniraju i kad je nebo
pokriveno tankim oblacima, jer tada dolazi do izražaja difuzno Sunčevo zračenje, čiji
intenzitet može da dostigne i do 25% direktnog Sunčevog zračenja. Na donjoj slici prikazani
su nagibni uglovi solarnog kolektora prema Zemlji (horizontu) za dobijanje najvećeg stepena
iskorištenja u toku cijele godine (a), u ljetnjem periodu (b) i zimi (c) za područja na 45°
sjeverne geografske širine.
a)
Sa (1) – je označen pravac svjetlosnog zraka Sunca u ljetnom periodu
Sa (2) – je označen pravac svjetlosnog zraka Sunca u zimskom periodu
______________________________________________________________________________ 48
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
4. Montaža kolektora
Postoje tri tehnike montaže:
1. montaža na krovu
2. montaža u krovu
3. montaža na zemlji i na ravnom krovu
4.1 Montaža kolektora na krovu
Sistem montaže (Euro) kolektora omogućava brzu i efikasnu montažu na krov bez skidanja
dijelova krovne konstrukcije. Oni se mogu instalirati horizontalno i vertikalno. Montaža i do 4
kolektora mogu izvesti dva radnika (instalatera) sa upotrebom jednostavnog alata.
______________________________________________________________________________ 49
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Komplet za montažu kolektora na krov (vertikalno ili horizontalno)
1. nosači za montažnu šinu koji se pričvrste za gredu krova
2. vijci 6x80 mm
3. t-vijci od prokroma sa maticom
4. montažna šina duga 1257 mm
5. montažna šina duga 1223 mm
6. dio za spajanje šina sa t-vijcima od prokroma sa maticom M 10x30
7. stega sa t-vijkom M 10x30 i dvije matice
8. Euro-kolektor
9. t-profil od silikona
10. fleksibilno crijevo (235 mm) sa preklopnom maticom od ½” i izolacijom
11. zaptivka
12. fleksibilno crijevo (900mm) sa preklopnom maticom od ½” i izolacijom
13. nazuvica za lemljenje od ½”/ 18 mm
______________________________________________________________________________ 50
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Siguran spoj na krovu
postiže se pomoću
montažne šine, vijka (u
obliku slova T) i nosača
šine (koji se pričvršćuje na
gredu).
3 različita primjera nosača montažne šine za
različite krovne pokrivače
podloga od
drveta
nosač montažne šine
Tip BS
greda
cigla
______________________________________________________________________________ 51
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
odzraka
ventil za zatvaranje
montažna šina
montažna šina
solarni
senzor
solarni
senzor
solarni
senzor
solarni
senzor
Obratite pažnju na položaj i broj nosača
solarni
senzor
solarni
senzor
solarni
senzor
solarni
senzor
Obratite pažnju na položaj i broj nosača
______________________________________________________________________________ 52
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Alat koji je potreban
za montažu
kolektora.
Sastavljanje šina za montažu ne obavlja se na krovu, nego u radionici.
______________________________________________________________________________ 53
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Kod rada na krovu obavezno primijeniti
mjere sigurnosti.
(npr. uzeti sigurnosne pojase).
Izmjeriti mjesto na koje dođu kolektori.
Nosače za montažnu šinu pričvrstiti na
grede.
Montažnu šinu podesiti na istu visinu i
pričvrstiti je za nosač.
Nosače kolektora pričvrstiti na kolektor.
Gornji kolektor spustiti na donje vijke
na montažnoj šini.
______________________________________________________________________________ 54
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Gornji kolektor pričvrstiti sa stegom
na donjoj i gornjoj ivici za montažnu
šinu.
Gornju ivicu donjeg kolektora ubaciti
ispod stege a zatim njegovu donju ivicu
pričvrstiti.
Kod vertikalnog postavljanja kolektora
prvo kolektore staviti u specijalne
nosače.
Nakon toga treba ga pričvrstiti za
montažnu šinu i tek onda postaviti
drugi kolektor.
U prostor između kolektora ubaciti
silikonski t-profil.
Izvaditi gumeni čep, i provući kroz
njega senzor i zatim ga vratiti u
adapter koji se nalazi u kolektoru.
______________________________________________________________________________ 55
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Kolektore spojiti sa fleksibilnim crijevom
od prokroma.
Kod zatezanja obratiti pažnju na navojnicu
da ne bi došlo do oštećenja priključka
kolektrora.
Isjeći krovnu foliju, presaviti je i staviti ciglu
za ventilaciju. Kroz otvor provući
fleksibilna crijeva i priključiti ih na solarni
krug.
Ako se na kući nalazi gromobran onda
treba montažnu šinu spojiti sa
gromobranom. Nakon toga treba uzemljiti
solarni krug.
______________________________________________________________________________ 56
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
4.2 Montaža kolektora u krovu
Montažu ovih (Euro) kolektora u krov mogu izvesti dva radnika (instalatera) i lako se mogu
ugraditi u krovnu konstrukciju.
______________________________________________________________________________ 57
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
gornji lim kojim se
pokriva kolektor
spužvasta
guma
lim za zatvaranje uglova
(desno)
vijci za lim
crijevo od prokroma
drvena podloga
lim za
zatvaranje
uglova
(lijevo)
držač kolektora za
montažu u krovu
bočni limovi
(desno)
celulozna gumena
traka
silikonska guma
sa t-profilom
bočni limovi (lijevo)
vijci 4x70
ekseri
daska na kojoj leži kolektor
donji lim kojim
se pokrivaju
daske na krovu
olovna traka
širina polja u koje se
ugrađuje kolektor
za 2 kolektora 2445 mm
za 3 kolektora 3663 mm
za 4 kolektora 4881
visina polja u koje se
ugrađuje kolektor
2550 mm-2640 mm
šabloni
______________________________________________________________________________ 58
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Alat koji je potreban za montažu
kolektora u krov.
Pričvrstiti nosače za kolektor.
Spustiti kolektor na donju dasku i fiksirati.
Na osnovu mjera i šablona treba označiti
polje za ugrađivanje i skinuti cigle.
Odrediti položaj daske uz pomoć šablona
i onda ih pričvrstiti.
Podići kolektore na krov.
U razmak između kolektora ubaciti
silikonsku traku sa t-profilom.
______________________________________________________________________________ 59
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Pričvrstiti gornju ivicu kolektora sa lijeve
i desne strane za dasku.
Nanijeti tanki sloj silikona između profila
silikonske trake i okvira kolektora.
Spojiti kolektore sa fleksibilnim crijevom
od prokroma.
Priključiti fleksibilno crijevo sa navojnicom
na kolektor i na solarni krug u krovu.
Izvaditi gumeni čep, i provući kroz njega
senzor i zatim ga vratiti u adapter koji se
nalazi u kolektoru.
Postaviti drvenu podlogu na kolektor i
pričvrstiti je.
______________________________________________________________________________ 60
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Presaviti olovnu traku pod uglom od 90°.
Postaviti ivicu olovne trake uz kolektor i
onda je pričvrstiti ekserima. Olovna traka
treba da bude duža ca. 15 cm od kolektora.
Ubaciti bočne limove u žlijeb na kolektoru.
Pričvrstiti bočne limove sa ekserima za
daske na krovu.
Pričvrstiti spojnice na olovnu traku.
Ubaciti lim u žlijeb na donjoj strani
kolektora.
______________________________________________________________________________ 61
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Saviti spojnice i pomoću njih fiksirati lim.
Presaviti olovnu traku preko bočnih limova.
Zalijepiti celuloznu gumenu traku na gornji
okvir kolektora.
Postaviti lim za zatvaranje uglova sa lijeve i
desne strane. Nanijeti na njih malo silikona
i postaviti gornje limove za pokrivanje.
Pričvrstiti krajeve lima za pokrivanje.
Pričvrstiti gornje ivice lima za pokrivanje za
daske na krovu.
______________________________________________________________________________ 62
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Pričvrstiti gornje limove na preklopima.
Pričvrstiti gornju dasku iznad lima za
zatvaranje da bi se izjednačila visina sa
ostalim daskama.
Odstraniti graničnik sa cigle, probušiti je i
postaviti je uz bočne limove i na kraju je
pričvrstiti za daske.
Zalijepiti na lim za pokrivanje spužvastu
debelu traku.
Podesiti olovnu traku tako da leži na ciglama.
Ovim je završena montaža kolektora u krov.
______________________________________________________________________________ 63
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
4.3 Montaža na zemlji i na ravnom krovu
Slika prikazuje postavljanje kolektora na zemlju pomoću seta za „slobodnu“ montažu.
______________________________________________________________________________ 64
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
set za montažu: 1.-aluminijska L-šina 2235 mm; 2.-aluminijska L- šina 1640 mm; 3.-montažna C-šina 1730mm;
4.- prokromski vijak sa maticom M 10x30; 5.- prokromski T-vijak sa maticom M 10x30; 6.- šestougaoni vijak sa
podlogom 8x60
7.- stega za kolektor sa prokromskim vijkom sa maticom M 10x30; 8.- Euro-kolektor; 9.- prsten za zaptivanje; 10.fleksibilno crijevo sa preklopnom navojnicom ½“ i izolacijom 235mm; 11.- kolektor sa spojnicom
Određivanje ugla za postavljanje kolektora.
______________________________________________________________________________ 65
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Dva primjera koja pokazuju kako se nosači na koji se postavlja kolektor mogu
pričvrsti betonskim blokovima (za montažu na zemlji) ili aluminijskim pločama
(za montažu na ravnom krovu).
Način spajanje kolektora u horizontalnom položaju.
Alat koji je potreban za ovu tehniku montaže.
Pripremiti aluminijske ploče za montažu
na ravnom krovu.
______________________________________________________________________________ 66
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Postaviti 2 ugaona profila i pričvrstiti ih na
ivice ploče.
Probušiti stranice ove ploče i pričvrstiti donju
ivicu ugaonog profila na okvir.
Pričvrstiti vijke sa maticom na oba ugaona
profila.
Sastaviti trougao od drugog ugaonog profila i
montažne šine i fiksirati ga pod
odgovarajućim uglom.
Postaviti kolektore u nosače tako da stranice
kolektora leže između gornjih i donjih vijaka.
Pričvrstiti kolektor sa stegama za ugaoni
profil.
______________________________________________________________________________ 67
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Spojiti solarni krug sa priključcima
kolektora pomoću navojnih armatura za
letovanje.
Izolirati cijevi sa termičkom izolacijom, koja
je otporna na (uv) zrake i na visoke
temperature.
Kod zatezanja navojnice paziti da se ne
oštete priključci kolektora.
Nasuti šljunak da bi se opteretile ove
ploče u visini od 10cm.
______________________________________________________________________________ 68
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
4.4 Solarni kolektor za sastavljanje
Sastavljanje ovog tipa kolektora mogu izvesti 2 instalatera. Ovdje je prikazana ugradnja
zaletovanog apsorbera u već sastavljeno kućište kolektora.
______________________________________________________________________________ 69
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Kućište kolektora
Kućište kolektora se sastoji iz sljedećih elemenata: 1.- profilni okvir (horizontalni); 2.- profilni okvir
(vertikalni); 3.- ugaona spojnica; 4.- vijci za pleh od prokroma 4,2x16mm; 5.- vijci za pleh od prokroma
4,8x13mm; 6.- gumena zaptivka 18mm; 7.- gumeni čep za senzor; 8.- aluminijski T-profil 1460 mm;
9.- PU- ploče 30mm; 10.- ploče od mineralne vune 30mm ; 11.- trake od mineralne vune za bočnu
izolaciju
______________________________________________________________________________ 70
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Apsorber - SOLSTRIP
1.- apsorberske trake; 2.- cijevna spojnica; 3.- cijevni razvodnik sa 12 ogranaka; 4.-kratki cijevni razvodnik sa 6
ogranaka; 5.- bakarna kapa; 6.- koljeno od bakra; 7.- bakarni priključak 115mm dug; 8.- aluminijski pleh za
pričvršćenje apsorberske trake; 9.- ugaoni držač apsorbera 3x40x40 mm; 10.- prokromski vijci za pleh
4,8x13mm; 11.- temperaturni senzor koji se postavlja na razvodnu cijev
______________________________________________________________________________ 71
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Stakleni pokrivač (transparenta)
1.- guma za zaptivanje okvira tip K (vertikalno); 2.- guma za zaptivanje okvira tip K (horizontalno)
3.- podloga za staklo; 4.- prokromski vijci za pleh 4,8x13mm; 5.- profil na koje se oslanja staklo;
6.- guma za profil na koje se oslanja staklo; 7.- solarno staklo; 8.- profil gume
Alat koji je potreban za tehniku sastavljanja
ovih kolektora.
______________________________________________________________________________ 72
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Staviti 2 daske dužine 1,5 m na nosače. Dva
duga profila i jedan kratki profil položiti u obliku
slova u.
Na ivice okvira kolektor nanijeti tanak sloj
silikona.
Spojiti okvirove kolektora sa ugaonim
spojnicama, a na označenim mjestima
probušiti okvir i zavrnuti vijke.
Položiti PU- ploče na gornji žlijeb okvira
kolektora, a između njih ubaciti aluminijski tprofil.
Zatvoriti kolektor sa posljednjim okvirom.
Probušiti aluminijske okvire na mjestu tprofila, koji služe za učvršćivanje kolektora i
uvrnuti vijke.
______________________________________________________________________________ 73
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Položiti kućište kolektora sa otvorom na
gore i ispuniti fuge između izolacionih
ploča.
Staviti ploče od mineralne vune kao drugi sloj
izolacije i utisnuti izolacione trake od
mineralne vune u bočne strane kućišta.
Staviti nekoliko daski poprijeko na okvir
kućišta i na njih staviti apsorberske trake.
Očistiti krajeve apsorberskih traka i razvodne
cijevi . Sa jedne strane upotrijebiti dugu cijev,
a sa druge strane 2 kratke razvodne cijevi.
Premazati krajeve razvodnih cijevi i krajeve
apsorberskih traka sa pastom za letovanje.
Staviti koljeno cijevi na vanjske krajeve
kratkog razvodnik, a na unutrašnje krajeve
bakarne završetke.
______________________________________________________________________________ 74
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Zagrijati mjesto koje se letuje sve dok
pasta za letovanje ne poprimi boju srebra
i tek onda početi letovati.
Očistiti sa vlažnom krpom mjesta, da bi se
odstranili agresivni ostaci ove paste.
Ispitati apsorber sa vodenim pritiskom da
li je dobro zaptiven i da li gdje propušta.
Pričvrstiti apsorberske trake za lim. Na
krajeve lima pričvrstiti ugaoni držač.
Pričvrstiti temperaturni senzor na razvodnik
cijevi u blizini izlaza cijevi kolektora.
Krajeve apsorbera provući kroz otvore na
kućištu i položiti apsorber.
______________________________________________________________________________ 75
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Zakačiti apsorber sa profilom za kućište
kolektora.
Postaviti gumu za zaptivanje na kraće
strane kolektora
Utisnuti profil na koji se naslanja staklo.
Izvući kabal od senzora i provući kroz otvor
i sve zatvoriti.
Postaviti gumu za zaptivanje na duže
strane kolektora i odsjeći završetke.
Utisnuti gornju šinu na kojoj leži staklo.
______________________________________________________________________________ 76
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Probušiti profile na kojim leži staklo i
pričvrstiti za okvir kolektora.
Odlomiti komad sa profila na koje se naslanja
staklo.
Probušiti tri rupe za odvod vode na profil na
koje se naslanja staklo.
Utisnuti gumu na profil na koji se
naslanja staklo.
Dvije osobe mogu ponijeti kolektor jer je
lagan, zato što se tek na mjestu na kojem
se montira postavljaju staklene ploče.
______________________________________________________________________________ 77
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Postaviti staklene ploče direktno na mjestu
montaže i navući gumu na nosače na kojima
leži staklo.
Osigurati kolektor sa dodatnim profilom koji
služi za zaštitu od vjetra i nevremena.
______________________________________________________________________________ 78
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
4.5 Način povezivanja kolektora
Veoma važan faktor za uspješno funkcioniranje kolektora, predstavlja način njihovog
povezivanja u baterije. Kod neispravnog i lošeg povezivanja, zbog otpora u cjevovodu može
doći do isključenja pojedinih kolektora iz rada ili do poremećaja rada cijelog kolektorskog
polja i sistema.
Kod rednog povezivanja kolektora povećavaju se otpori protoku radnog fluida, dolazi do
povećanja temperature kolektora a samim tim i do povećanih toplotnih gubitaka.
Najbolji način povezivanja više kolektora u sistem ostvaruje se paralelnim povezivanjem kod
koje svaki kolektor dobije u jedinici vremena jednaku količinu tečnosti. Otpor kretanju tečnosti
kroz cjevovode i kolektore je kod ovakvih sistema prirodno izbalansiran i uravnotežen.
Postavljanjem cijevi jednakih dužina i presjeka, kako u dovodnoj tako i u odvodnoj
kolektorskoj grani, obezbjeđuju se jednaki otpori u cjevovodu i pravilno korištenje kolektora.
Kod kolektora koji su redno povezani temperatura na izlazu je veća nego kod paralelno
povezanih .
Od načina povezivanja kolektora direktno ovisi i njihova termička, odnosno energetska
efikasnost. Kod paralelno povezanih kolektora, efikasnost svakog kolektora ima identičnu
vrijednost, jer u svaki od njih ulazi ista količina radnog fluida u jedinici vremena i pod istim
temperaturnim intenzitetom.
Kod redno povezanih kolektora, vrijednosti trenutne i prosječne temodinamičke efikasnosti
kod svakog od njih se znatno razlikuju. Do razlika u efikasnosti dolazi, prije svega, zbog
razlike temperaturnog nivoa radnog fluida u prvom i drugom u red povezanom kolektoru.
Temperatura fluida na ulazu u prvi kolektor je niža od temperature radnog fluida na ulazu u
drugi (temperatura na ulazu u drugi kolektor predstavlja u suštini temperaturu fluida na izlazu
iz prvog). Zbog toga je srednja temperatura fluida u drugom kolektoru (u odnosu na vanjsku
temperaturu) veća od srednje temperature radnog fluida u prvom. Ova diferencija kod drugog
kolektora u odnosu na prvi rezultira nižu efikasnost drugog kolektora u odnosu na prvi.
redno povezivanje
pogrešan način povezivanja
paralelno povezivanje
ispravan način povezivanja
______________________________________________________________________________ 79
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
redno
paralelno/redno
paralelno
5. Pregled solarnih sistema
efikasna
primjena
solarnih kolektora
bazeni
apsorber
ravni
kolektor
topla voda
ravni kolektor
sa velikim
učinkom
vakuumski
ravni kolektor
grijanje
(dijelom)
vakuumski
vakuumski
cijevni kolektor cijevni kolektor
„suhi sistem“ „mokri sistem“
Po principu montaže i isporuke na tržištu se trenutno mogu nabaviti solarni sistemi kao:



Gotovi sistemi: Ove sisteme isporučuje firma, instalira i pušta u rad.
Komponente za ugradnju solarnog sistema: Ove sisteme isporučuje firma krugu
privatnih kupaca , koji ih poslije sami instaliraju. Ova ponuda obuhvata sve potrebne
komponente za ugradnju solarnog sistema.
Sistemi za samostalno sastavljanje i ugradnju: Firma isporučuje sastavne dijelove
komponenti, a kupci ih sami sastavljaju, sklapaju i instaliraju.
______________________________________________________________________________ 80
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
5.1 Solarni sistemi za zagrijavanjenje vode Sunčevom energijom
Sistemi za korištenje Sunčeve energije se prema načinu protoka tečnosti kroz kolektorski
Sistem dijele na sisteme sa prirodnom cirkulacijom fluida i na sisteme sa prinudnom
cirkulacijom fluida.
Sistem sa prirodnom cirkulacijom fluida se
satoji iz dva dijela: solarnog kolektora i
dobro izoliranog bojlera (spremnika) kroz
koji cirkuliše voda. Rad ovog sistema se
odvija prirodnom cirkulacijom radnog fluida
poznatom pod nazivom termosifonski.
Ovakve jednostavne solarne sisteme
upotrebljavaju sjevernoafričke i
južnoevropske zemlje.
Zagrijavanjem vode u solarnom kolektoru
nastaje razlika u temperaturi vode, a time i
u njenoj gustini između kolektora i ostalih
dijelova bojlera .Topla voda manje gustine
penje se naviše , a hladnija i gušća pada
na dno bojlera sve do ponovnog ulaza u
kolektor. Time se uspostavlja cirkulacija
fluida koja se održava u bojleru sve dok je
temperatura kolektora veća od od
temperature ostalih dijelova bojlera , tj. dok
ima sunca. Sistem se spontano isključuje
čim se izjednači temperatura vode u
kolektoru i ostalim dijelovima bojlera.
Bojler mora biti postavljen iznad kolektora, jer ako bi se nalazio na istoj visini sa kolektorom u
slučaju oblačnosti i noću može da dođe do suprotnog strujanja fluida iz bojlera u kolektor. To
se sprječava ugradnjom povratnog ventila.
5.2 Solarni sistem sa prinudnom cirkulacijom fluida
Prinudna cirkulacija kod ovog sistema se ostvaruje pomoću cirkulacione pumpe. Toplota
Sunčevog zračenja iz kolektora , predata radnom fluidu se pomoću cirkulacione pumpe
transportira u izmjenjivač toplote, gdje se zagrijava voda. Ohlađena radna tečnost se odvodi
ka kolektoru na ponovno dogrijavanje. Brzina protoka fluida u sistemu može se podesiti
pomoću pumpe, tako da apsorber solarnog kolektora primi maksimalnu moguću Sunčevu
energiju. Ovakav solarni sistem ima diferencijalni termostat tzv. senzor za elektronsko
upravljanje i kontrolu rada. Senzori se postavljaju na više mjesta solarnog sistema tako da
pokazuju temperaturu vode u toku rada solarnog sistema. Kad temperatura vode u bojleru
(spremniku) opadne ispod određene granice, termostat uključuje cirkulacionu pumpu, a
isključuje je kada se temperatura vode u bojleru približi temperaturi vode u kolektoru. Kad se
sistem nalazi u stanju mirovanja nepovratni ventil sprječava strujanje fluida iz bojlera u
kolektor.
______________________________________________________________________________ 81
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
12345-
kolektor
cijevi
bojler
izmjenjivač toplote
cirkulaciona pumpa
1
2
3
4
5
5.3 Solarni sistem sa dopunskim grijanjem
Kompletni solarni sistemi pored ravnih solarnih kolektora, izmjenjivača toplote, bojlera,
cirkulacione pumpe i elektronske automatike za kontrolu radnog fluida imaju grijače za
dodatno grijanje kada u kolektoru i bojleru nema dovoljno tople vode. Dodatno zagrijavanje
u bojleru može se vršiti pomoću električne struje ili pomoću gorionika u kome sagorijeva
nafta, gas, ugalj, drvo i poljoprivredni otpaci. Solarni kolektori treba da imaju nagibni ugao od
45° prema horizontu na južnoj strani. Za zagrijavanje vode u bojleru od 300 l potrebna je
najmanja površina 4m² solarnih radnih kolektora. Ubacivanjem električne pumpe protok vode
u primarnom kolu u odnosu na termosifonski sistem može se udvostručiti. U ovom slučaju
solarni sistem može da daje maksimum tople vode i pri malim razlikama temperature između
solarnih kolektora i izmjenjivača toplote. Mogućnost suprotnog strujanja fluida iz izmjenjivača
toplote u solarne kolektore, je sprječena povratnim ventilom. Senzori za uključivanje pumpe
postavljeni su na donjem dijelu bojlera gdje je temperatura vode najniža i na gornjem dijelu
bojlera i kolektora, gdje je ova temperatura najviša. Na gornjem dijelu bojlera je takođe
postavljen senzor za automatsko uključivanje dopunskog grijanja (električni grijač, gorionik).
Zbog neizbježnih gubitaka toplote u primarnom krugu, pumpa se automatski uključuje kada
je razlika temperature između bojlera i kolektora ispod 10°C. Kada više dana uzastopno
nema sunca automatski se uključuje električni grijač koji je ugrađen u bojler ili u poseban
______________________________________________________________________________ 82
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
bojler. U slučaju nedostatka električne energije, dopunsko zagrijavanje se postiže u
posebnom kotlu sa gorionikom.
Ovaj kotao je povezan sa bojlerom tako da topla voda cirkulira pomoću pumpe iz bojlera u
kotao i obrnuto. Na taj način potrošač može dobiti toplu vodu iz bojlera solarnog sistema ili iz
kotla.
topla
voda
topla
voda
dopunsko
grijanje
hladna
voda
hladna
voda
niskotempera
turno grijanje
BOJLER
PUFER
KOTAO
Kod površina kolektora od 20m² do 50m² u kombinaciji sa pufer-bojlerom (1m³ do 5m³), koji
je u mogućnosti da akumulira temperaturu nekoliko sati (noću), može se dostići koeficijent
zagrijavanja i do 70 %.
______________________________________________________________________________ 83
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
5.4 Solarni sistem za pripremu sanitarne i tehnološke vode
EURO solarni kolektori
dobar učinak, dugotrajni, brza montaža
Solarni sistem pokriva 2/3 potrošnje
tople vode (Frankfurt/M)
i ne zagađuje okolinu sa CO2
CIRCO 4- solarna stanica sa
uređajem za regulaciju (SunGO
XL)
Solarna stanica sa sigurnosnim
ventilima, ekspanzionom posudom
kao i uređajem za regulaciju- (broj
okretaja pumpe, dijagnoza
sistema), brojač iskorištene toplote
dopunsko grijanje
CONVECTR
OL
TERMO-kombinirani bojler
Sistem bojler u bojleru- za zagrijavanje
j č
toplota dobijena
pomoću sunca se
koristi za grijanje
sanitarne vode i za grijanje
Na ovoj slici su prikazani ravni kolektori. A na donjoj ćemo vidjeti cijevne vakumske
kolektore.
Solarni sistem se može uporediti sa sistemom za centralno grijanje. U kolektoru se zagrijava
voda kao u kotlu za grijanje i transportira se u bojler, koji ima ulogu radijatora u sistemu za
centralno grijanje. Izlazni vod na kolektoru se naziva “razvodni vod” , a ulazni vod se naziva
“povratni vod”.
Po pravilu se kružni tokovi solarnog sistema izvode kao zatvoreni sistemi, to znači da su
zaptiveni i da nemaju nikakvih dodira sa okolinom.
______________________________________________________________________________ 84
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Vakumski cijevni kolektori
dobar učinak, dugotrajnii , brza montaža
Solarni sistem pokriva 2/3 potrošnje tople
vode (Frankfurt/M)
i ne zagađuje okolinu sa CO2
CIRCO 4- solarna stanica sa uređajem
za regulaciju (SunGO XL)
Solarna stanica sa sigurnosnim
ventilima, ekspanzionom posudom kao i
uređajem za regulaciju- (broj okretaja
pumpe, dijagnoza sistema), brojač
iskorištene toplote
Dopunsko grijanje
CONVECTR
OL
TERMO-kombinirani bojler
sistem bojler u bojleru- za zagrijavanje
j č
toplota dobijena
pomoću sunca se
koristi za grijanje
Ovi sistemi se sastoje najčešće iz sljedećih komponenti:







uređaja za regulaciju i automatiku
izmjenjivača toplote
bojlera
odgovarajućih cijevnih elemenata i armatura
cirkulacionih pumpi
sigurnosnih uređaja
radnog fluida
______________________________________________________________________________ 85
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
6. Komponente solarnog sistema
6.1 Bojler (spremnik za sanitarnu vodu)
Kao osnovno pravilo važi:
zapremina u litrima= min.1,5-2 puta dnevne
potrošnje
Dimenzioniranje bojlera se vrši prema željenom kapacitetu, veličini kolektora,
karakteristikama potrošača, vremenskom zadržavanju akumulirane energije i vrsti bojlera
kao najznačajnijem uticajnim faktorima na proračunu. Dobro izolirani bojleri se mogu smjestiti
u pomoćnim prostorijama, kupatilima, potkrovljima ili na drugim mjestima u ovisnosti od
veličine bojlera i smještajne mogućnosti.
Solarni bojleri su višenamjenski napravljeni. U gornjem dijelu nalazi se izmjenjivač toplote za
centralno grijanje, a u donjem dijelu se nalazi odgovarajuće dimenzioniran izmjenjivač toplote
za kolektore. Odgovarajuća ugradna prirubnica služi za ugradnju dodatnih izmjenjivača
toplote i električnih grijača.
______________________________________________________________________________ 86
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Posebnu pažnju treba obratiti na izolaciju bojlera i na termičku izolaciju
ugradnih prirubnica i priključnih cjevovoda!
______________________________________________________________________________ 87
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
6.2 Bojler za grijanje (spremnik za tehnološku vodu)
razvodni vod
termometar
termostat
termička
izolacija (PU)
termometar
električni
grijač
povratni vod
Kod korištenja Sunčeve energije za zagrijavanje prostorija ili ustanova neophodno je da se u
intervalima globalnog Sunčevog zračenja dobije što više toplote i akumulira. Za tu svrhu se
koriste bojleri za grijanje koji su integrirani u sistem centralnog grijanja. Da bi se ta dobijena
toplota mogla bez gubitaka akumulirati, potrebno je da se ovaj bojler kao i bojler za sanitarnu
vodu izolira i da se ugradne prirubnice i priključni cjevovodi termički izoliraju.
Volumen ovg bojlera se određuje prema potrošnji energije, koja je potrebna za zagrijavanje
prostorija.
______________________________________________________________________________ 88
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
6.3 Pufer- bojler
TERMOkombinirani
bojler
RATIOpufer
bojler
TERMO- kombinirani bojler:
sa
RATIOfresh
TV







cirk.
SolarRV
KV
SolarPV
2 bojlera u jednom
minimalni gubici toplote
dvostruka zaštita od korozije
brza montaža
stabilno slojevito slaganje
temperature
visoki kvalitet
štedi mjesto i troškove
RATIO- pufer bojler:






minimalni gubici toplote
dvostruka zaštita od korozije
visoki kvalitet
slojevito slaganje temperature
visoki kvalitet
brza montaža
SolarPV
Posljednjih godina su sistemi kolektora (low-flow) sa niskim protokom često bili tema
diskusije i istraživanja kad je u pitanju sistem za pripremu tehnološke vode. Suština koncepta
ovog sistema je specijalni pufer- bojler, u kojem bi se postignuti temperaturni nivo bez rizika
da se pomiješa slojevito složio u bojleru.
6.4 Izmjenjivači toplote
Izmjenjivači toplote služe za prijenos toplote sa jednog fluida na drugi. U ovom slučaju sa
radne kolektorske tečnosti na sanitarnu ili tehnološku vodu . Postoji niz konstruktivnih tipova
izmjenjivača toplote, ali se kod solarnih sistema najčešće upotrebljavaju izmjenjivači toplote
sa cijevima:


izmjenjivači toplote sa visokim učinkom
izmjenjivači toplote sa spiralnim cijevima
______________________________________________________________________________ 89
Solarna termika
_________________________________________________________________________________


izmjenjivač toplote sa snopom cijevi ( za naknadnu ugradnju)
pločasti izmjenjivač toplote
Da bi se postigao efikasan prijenos toplote iz kružnog toka kolektora , površina izmjenjivača
toplote mora biti u skladu sa površinom kolektora.
Da bi se izračunala mjera odnosa površine izmjenjivača toplote i površine kolektora
mogu se uzeti u obzir sljedeće vrijednosti :
Interni izmjenjivač toplote:
snop cijevi - 0,36
spiralne cijevi - 0,30
izmjenjivač toplote sa visokim učinkom - 0,25
Eksterni izmjenjivač toplote: izmjenjivač toplote suprotne i križne struje - 0,15
Spiralna konstrukcija cijevi omogućava turbulentno kretanje u cijevima, čime se znatno
povećava koeficijent prolaza toplote.
Ne postoje problemi sa termičkim dilatacijama, pošto omotač može nesmetano da dilatira u
odnosu na cijevni registar.
pločasti izmjenjivač toplote
rebrasti izmjenjivač toplote
______________________________________________________________________________ 90
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Pločasti izmjenjivač toplote sastoji se od valovitih metalnih ploča , koje čine površinu
izmjenjivača toplote, koja razdvaja radne tečnosti. Razmaci između tih ploča čine kanale,
kroz koje naizmjenično protiču radne tečnosti. Zaptivanje se vrši pomoću gumenog prstena.
Priključci za dvije radne tečnosti se postavljaju sa čvrste strane konstrukcije, tako da ove
pokretne ploče mogu slobodno kliziti po nosećoj polugi, što naravno olakšava način njihovog
održavanja. Ploče se stežu pomoću zavrtnja.
Suprotna struja i visoki koeficijent izmjenjivača toplote daju jedinstveni termički učinak
prijenosa sa temperaturnim diferencijalom medija manjim od 1°C.
Konstrukcija ovih pločastih izmjenjivača toplote omogućava pristup svakom dijelu ovog
izmjenjivača. Samo se trebaju skinuti stezni vijci i ploče se mogu preko noseće poluge
izvaditi. Lako se mogu očistiti ili zamijeniti ako je to potrebno. A mogu se lako i jednostavno
dodati i dodatne ploče.
______________________________________________________________________________ 91
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
6.5 Cirkulacione pumpe
Kod solarnih sistema sa prinudnom cirkulacijom se obično postavljaju 3 ili 4-stepene
cirkulacione pumpe za grijanje, koje su se u tehnnici grijanja pokazale kao veoma dobre i
koje su pogodne za miješanje vode i antifriza.
Učinak cirkulacione pumpe u vatima odnosno tip pumpe se određuje prema dijagramu
učinka i drugim veličinama.
Npr. nekoliko podataka tipa : Z

4- stepena Z 40, Z 50, Z 65

konstantni broj obrtaja kod Z 15 do Z 30

kućište :

motor je zaštićen od kratkog spoja (izuzev kod tipa Z 40, Z 50 i Z 60)

maksimalni dozvoljen pritisak : Z 15 do Z 25 pumpe - 1 bar,
Z 30 do Z 65 pumpe - 6 bar
područje radne temperature:

Z 15 do Z 30 od crvenog liva
Z 40 do Z 65 od sivog liva
Z 15 do Z 25 pumpe - (+20 do +65C)
Z 30 do Z 65 pumpe - (-10 do +651 C)
______________________________________________________________________________ 92
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
tip SB Bronzec









elektronska regulacija broja obrtaja
kućište od visokokvalitetnog brončanog liva
motor je zaštićen od kratkog spoja (izuzev kod tipa SB 100 XL)
priključak 230V- 50 Hz
mala potrošnja električne energije; bešuman
područje dozvoljene temperature vode 70°C… 100°C
pritisak do 10 bara
specijalna membrana sprječava protok vode između kućišta i vlažnog rotora
servisiranje nije potrebno
______________________________________________________________________________ 93
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
6.6 Sigurnosni uređaji i armature
Sigurnosni ventili i ekspanzione posude čine zajedno jednu sigurnosnu cjelinu.
Ekspanziona posuda
Svaki solarni sistem treba da ima ekspanzionu posudu, čija zapremina treba da primi
cijelokupnu ekspanziju radne tečnosti između najniže i najviše radne temperature. Mora
se obratiti posebna pažnja na koeficijent ekspanzije radne tečnosti. Svaka ekspanziona
posuda treba da ima sigurnosni ventil i cijev za odvod priliva.
ventil za
punjenje gasa
(N)
ukupna
zapremina
gas
membrana
voda (radna tečnost)
zapremina primljene
vode
ulaz vode
(radne tečnosti)
izlaz vode
(radne tečnosti)
______________________________________________________________________________ 94
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Korisna zapremina VN
Ukupan pritisak ekspanzione posude VG
VN = VA  e
VG = VN  PE/PE  PA
Značenje:
VN
VA
l
e
VG
PE
PA
= korisna zapremina u kompenzacionoj posudi gdje se nalazi voda (radna tečnost) ; u l
= sadržaj vode u cijelom kružnom toku kolektora (kolektor, cijevi, izmjenjivač toplote) ;u
= ekspanzija vode (radne tečnosti) (mješavina vode i glikola e=0,07)
= ukupan pritisak ekspanzione posude; u barima
= pritisak na kraju u sistemu (PE 0,5 bara ; pod odgovarajućim pritiskom sigurnosnog
ventila treba biti = 2,5 bara)
= pritisak na početku u sistemu (razlika visine između najviše tačke u sistemu i
ekspanzione posude); u barima
U praksi se kompenzaciona posuda poveća za ca. 50 do 100%!
Membranske ekspanzione posude se ugrađuju u zatvorene sisteme grijanja i služe da
prihvate dilataciju vode (radne tečnosti) iz sistema, koja nastaje prilikom zagrijavanja vode.
Vrlo su jednostavne za ugradnju i održavanje, ne moraju da se izoliraju, bezšumno rade,
dugotrajne su, postavljaju se u blizini izvora toplote, nezavisne su od el. enrgije. Gasni ( N) i
vodeni dio su odvojeni membranom, tako da je sprječen prodor kiseonika u vodu, a samim
tim i u sistemu (gdje bi izazvao kiseoničku koroziju).
Gumena membrana dijeli ukupnu zapreminu posude na vodeni i gasni dio. Na posudi se
nalaze priključci za povezivanje sa sistemom grijanja preko sigurnosnog voda, ventil za
punjenje gasa i manometar. Korisna zapremina posude je maksimalna zapremina vode koju
može da preuzme membrana. Korisna zapremina zavisi od ukupne zapremine posude,
maksimalnog dozvoljenog pritiska i statičkog pritiska u sistemu. Za istu ukupnu zapreminu
posude i isti dozvoljeni pritisak, korisna zapremina posude je manja, ako je statički pritisak u
sistemu veći. Prilikom ugradnje posude, pritisak gasa u posudi se podešava tako da bude
jednak statičkom pritisku u sistemu, dok je pritisak punjenja sistema nešto veći. Pri izboru
posude, korisna zapremina posude treba da bude veća od proračunate dilatacije vode u
sistemu.
Princip rada membranskih ekspanzionih posuda je sljedeći: usljed povećanja temperature
vode u sistemu, povećava se zapremina vode i dolazi do porasta pritiska, usljed koga voda
ulazi u membranu, koja počinje da se širi i sabija gas u posudi. Kod snižavanja temperature,
sabijeni gas počinje da potiskuje vodu iz membrane u sistem. Ovaj proces se ponavlja kod
svakog zagrijavanja i hlađenja vode u sistemu.
______________________________________________________________________________ 95
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Sigurnosni ventili
Sigurnosni ventili štite cijevi, pumpe i ostale elemente od povećanja pritiska u odnosu na
zadati.
Dva termometra koji se ugrade u razvodni i u povratni vod, kao i manometar u solarnom
krugu kontroliraju funkciju solarnog sistema i pokazuju smetnje rada sistema. (ako je
preniska ili previsoka temperatura ili ako je previsok ili prenizak pritisak u sistemu).
6.7 Regulacija i automatika u solarnom sistemu
Pored solarnog kolektora i bojlera (spremnika toplote), neophodni dijelovi solarnog sistema
za dobijanje tople vode i za zagrijavanje prostorija su cirkulaciona pumpa, uređaj za
automatsko uključivanje i isključivanje solarnog sistema i grijač za dopunsko grijanje kada
doprinos Sunčeve energije nije dovoljan.
Kružni tok između solarnog kolektora i bojlera, a takođe i raspodjela toplote u kući ili u stanu,
mora se regulirati automatski. Voda (radna tečnost) iz kolektora može se sprovesti u solarni
______________________________________________________________________________ 96
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
krug samo tada kada je temperatura u kolektoru viša od temperature u bojleru. To znači da
se kružni tok iz kolektora mora prekinuti pri padu vanjske temperature, pri nailasku oblaka i
noću. Prilikom prekida kružnog toka mora se sprječiti pregrijavanje na pojedinim mjestima u
solarnom sistemu. Solarni sistem može biti uključen samo tada kada je temperatura u bojleru
niža od temperature u solarnom kolektoru. Čim se temperatura bojlera izjednači sa
temperaturom kolektora, doprinos solarne energije počinje da postaje negativan i solarni
sistem se mora isključiti. Podrazumijeva se da se automatika za uključivanje i isključivanje
solarnog sistema mora izvesti stručno i precizno.
Iz navedenog se već može zaključiti da se mora uspostaviti automatska povezanost u radu
između solarnog kolektora i bojlera, solarnog kolektora i izmjenjivača toplote za potrošača,
kao i bojlera i izmjenjivača toplote za potrošača. Regulacija mora da bude takva da se po
potrebi omogući posebno automatsko uključivanje u rad svakog od ovih dijelova solarnog
sistema.
Funkcija sistema automatske regulacije odvija se u 3 etape:
1. stop – temperatura u kolektoru je niža od temperature u bojleru, povećane za
postavljenu temperaturnu razliku najmanje T=3-5°C na temperaturskim senzorima
vezanim u sistem sa elektronskim diferencijalnim termostatom. Cirkulaciona pumpa je
tada zaustavljena, pa se zato ova etapa naziva “stanje mirovanja”
2. start – ako je temperatura u kolektoru viša od temperature u bojleru povećanoj za
postavljenu temperaturnu razliku u periodu od 10-15 minuta, automatski se uključuje
cirkulaciona pumpa u pogon.
3. akumulacija – za vrijeme dok je temperatura u kolektoru viša od temperature vode u
bojleru povećane za postavljenu temperaturnu razliku, u vodi bojlera se akumulira
Sunčeva energija.
______________________________________________________________________________ 97
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Solarna stanica
CIRCO 3 - Solarna stanica
jednostavna montaža
optimalna termička
izolacija (
izolaciona kutija od
polipropilena)
Kompaktna jedinica- sa
integriranim regulacionim
uređajem SunGo XL
Dva integrirana nepovratna
ventila u razvodnom i
povratnom vodu, koji
sprječavaju nekontrolirano
kretanje fluida i gubitak toplote
Kompletni sigurnosni uređaj sa
ekspanzionom posudom,
sigurnosnim ventilom (6 bara) i
kontrolnim manometrom
Cirkulaciona pumpa
______________________________________________________________________________ 98
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
Cjevovodi
Prečnik cijevi treba da odgovara površini kolektora i zapremini tečnog fluida. Prečnik se
može izračunati prema:

izračunavanju zapremine protoka u kolektorskom polju
V = QK  AK/p  c  

izračunavanju gubitka pritiska u kružnom sistemu ( za različite prečnike)
HV = R  L + 
Značenje:
V
QK
AK
p
c

HV
R
L

= zapremina protoka , in l h1
= koristan učinak kolektora ; u W m-2
= površina kolektora; u m²Kollektorfläche, in m²
= gustina toplotnog fluida; u kg-3
= spec. toplota radnog fluida; u kWh kg-1 K-1
= diferencija temperature između razvodnog i povratnog voda u solarnom sistemu
= gubitak pritiska u solarnom sistemu; u mWS
= otpor trenja cijevi; u mWs m1
= dužina učinka cijevi; u m
= suma otpora pojedinih elemenata ( armature, kolektora itd.); u mWs
površina kolektora do
(npr. Cu-cijevi)
prečnik cijevi
sadržaj (l m1)
3 m²
6 m²
9 m²
15 m²
30 m²
15 x 1 mm
18 x 1 mm
22 x 1 mm
28 x 1,5 mm
35 x 1,5 mm
0,133
0,201
0,314
0,491
0,808
______________________________________________________________________________ 99
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
7. Dimenzioniranje solarnog sistema
Kod planiranja solarnog sistema potrebno je napraviti sistematski plan:
(1) utvrditi koliko je potrebno tople vode odnosno toplote (kad je u pitanju grijanje)





potreba tople vode
temperatura tople vode
profil (način) potrošnje
potreba toplote (kod grijanja)
željena stopa pokrića solarnom energijom
(2) definirati kolektorsko polje






izabrati kolektor
odrediti površinu kolektora
izračunati prihod
mogućnost montaže ( na krov, u krov, ravni krov, fasada, itd.)
način i mogućnost povezivanja (redno, paralelno)
arhitektonski; optički izgled
(3) odrediti bojler (spremnik)



zapremina bojlera
vrsta bojlera (spremnik za toplu vodu, kombinirani bojler, pufer bojler..)
mjesto postavljanja bojlera
(4) napraviti koncept kako bi se izbjeglo pregrijavanje

preduzeti sve odgovarajuće mjere kako bi se izbjeglo pregrijavanje kolektora i bojlera
i unijeti u plan solarnog sistema (hidrauliku, regulaciju )
(5) odrediti cjevovode




mjesto polaganja cijevi
prečnik cijevi i gubitak pritiska u cijevima
ekspanzija toplote
termička izolacija
(6) odrediti izmjenjivač toplote
(7) napraviti šemu principa rada solarnog sistema i koncept regulacije rada solarnog sistema
(8) izabrati pumpe




zapreminu protoka
hidraulički otpor
cijevi sa armaturama
izmjenjivač toplote
______________________________________________________________________________ 100
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
(9) odrediti sigurnosne uređaje



sigurnosni ventil
ekspanziona posuda
posuda u kojoj se skuplja višak radne tečnosti (ispod sigurnosnog ventila)
(10) odrediti cijenu što je moguće precizniju
(11) napraviti protokol od prethodno prikupljenih podataka






izračunati koeficijent kad je u pitanju upotreba tople vode i grijanja
šema principa rada solarnog sistema sa svim tehničkim podacima
opis solarnog sistema
očekivajući prihod stope pokrića solarnom energijom
planove projekta sa kolektorima, cjevovodima, dispozicijama bojlera,
materijalom, itd.
predračun
Parametri za solarni sistem za pripremu tople sanitarne vode
po osobi:
ca. 1,5 m² površine kolektora
npr.: 4 osobe  6 m²
po osobi:
ca. 100 litara zapremina bojlera
Bolje rješenje: prvo odrediti površinu kolektora, a onda uzeti odnos 1 : 100
po 1 m² površine kolektora ca. 100 litara bojler
npr.: 10 m² površine kolektora  1000 litara bojler
(dnevna potrošnja vode x 2= zapremina bojlera)
protok:
ca. 80 do 100 l/hm²
diferencija temperature: a) RV - PV: ca. 8 do 10 C
b)
npr.: RV: 55 C
RV  PV
 temperatura bojlera = ca. 10 C
2
PV: 47 C
bojler: 41 C
______________________________________________________________________________ 101
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
7.1 Solarni sistem za zagrijavanje bazenske vode
Otvoreni bazen  plastični apsober
Protok: ca. 150 do 200 l/hm²
Bez transparentnog pokrivača : površina bazena = površina kolektora 1: 1
Sa transparentnim pokrivačem: površina bazena x 0,75 = površina kolektora 1: 0,75
Zatvoreni bazen : kolektor, kombinacija sa toplom vodom
Površina bazena x 0,5 = površina kolektora 1:0,5 + potreba tople vode
Npr.: bazen = 32 m², 4 osobe  32 x 0,5 + 4 x 1,5 = 22 m² površina kolektora
Bazen: kombinacija sa toplom vodom + kolektor se koristi zimi za dopunsko grijanje
Potrošnja tople vode
Stanovi
Mjesto potrošnje
sudoper
jednodjelni
dvodjelni
umivaonik
mali
srednji
veliki
kade
male (100)
srednje (160)
velike (180)
tuš
bide
Ukupna potrošnja (60°C)
Jednostavni zahtjevi
Veći zahtjevi
Najveći zahtjevi
Potrošnja u litrima
Temperatura °C
30
50
55
55
5
10
15
35
35
40
100
150
170
50
25
40
40
40
40
40
10 ... 20 l/dnevno i po osobi
20 ... 40 l/dnevno i po osobi
40 ... 80 l/dnevno i po osobi
Restorani i hoteli
Mjesto potrošnje
restorani
Po jelu
Po gostu
hoteli
Soba sa kadom
tušem
Dnevno i po osobi/ u litrima
60 °C
45 °C
4 ... 8
8 ... 20
6 ... 12
12 ... 30
100 ... 150
50 ... 100
140 ... 200
70 ... 120
______________________________________________________________________________ 102
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
umivaonikom
10 ... 15
25 ... 50
15 ... 20
35 ... 70
Potrošnja u litrima
Temperatura °C
200 ... 300
250 ... 350
300 ... 400
50
80
50
40
40
40
40
40
35
pansioni
Javna kupatila
Mjesto potrošnje
Kada
Bez tuša
Sa tušom
Medicinska kupatila
Tuš
Tuškabina
Tuševi u školama i u
kasarnama
Multiplikator se računa prema odnosu temperature vrele vode i miješane vode:
M = (V  H)/M  H
Značenje:
M
V
H
M
= multiplikator
= temperatura vrele vode u °C
= temperatura hladne vode u °C
= temperatura miješane vode u °C
______________________________________________________________________________ 103
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
8. Puštanje solarnog sistema u rad
Prije nego što pustimo solarni sistem u rad obavezno treba poduzeti sljedeće:











prekontrolirati instalacije
napuniti bojler
kontrolirati zaptivenost sanitarnih instalacija i bojlera
isprati vodom kružni tok solarnog sistema
kontrolirati zaptivenost kružnog toka solarnog sistema
pripremiti radni fluid
napuniti kružni tok solarnog sistema sa radnim fluidom
ispustiti zrak iz kružnog toka solarnog sistema
podesiti broj obrtaja pumpe
podesiti uređaj za regulaciju
napraviti protokol
8.1 Kontrola instalacija
Da bi se obavila kontrola instalacija potrebno je ispitati:







da li je ispravno postavljeno kolektorsko polje
da li su temperaturni senzori ispravno postavljeni
da li je ispravno priključena cirkulaciona pumpa
da li je ispravno podešen uređaj za regulaciju
da li su ventili za odzraku i za pražnjenje sistema zatvoreni
da nisu kod priključivanja solarnog sistema zamijenjeni razvodni i povratni vod
pritisak u ekspanzionoj posudi
8.2 Punjenje bojlera
Kod punjenja bojlera potrebno je otvoriti česmu da bi izašao zrak iz bojlera i instalacije. Na
dovodu hladne vode treba se otvoriti zaporni ventil. Bojler je napunjen onda kada iz česme
poteče voda. Treba pregledati da li su priključci dobro zaptiveni. Zaporni ventil ostaje
otvoren.
8.3 Ispiranje kružnog toka
Da bi se ostaci bakra i paste za letovanje odstranili iz kružnog toka potrebno je izvršiti
ispiranje sistema čistom vodom.
Važno!
Ovaj postupak ne treba obavljati


u periodu kada su veoma niske temperature ispod 0°C, jer bi se voda mogla
zamrznuti, a to bi dovelo do pucanja cijevi u sistemu.
u periodu kada je Sunčevo zračenje veoma jako, jer bi moglo doći do stvaranja vrele
pare u sistemu, pri čemu bi se instalater mogao povrijediti. (opeći)
______________________________________________________________________________ 104
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
8.4 Zaptivenost solarnog sistema
Nakon završenog postupka ispiranja kružnog toka potrebno je sistem napuniti zrakom do
visine nominalnog pritiska sigurnosnog ventila ( npr. 6 bara). Nakon punjenja kontrolirati
zaptivenost spojeva i priključaka i provjeriti na manometru konstantnost pritiska.
8.5 Pripremanje radnog fluida
Kao radni fluid se uzima se mješavina glikola (vrsta antifriza) i vode; odnos 40% glikola i 60%
vode.
8.6 Punjenje solarnog sistema
Punjenje sistema se vrši pomoću pumpe, koja je u stanju da stvori odgovarajući pritisak u
sistemu. Najpovoljnije je napuniti sistem u jutarnjim satima prije nego sunce zagrije kolektor.
8.7 Ispuštanje zraka iz sistema
Prvo se pušta sistem u rad i nakon izvjesnog vremena na najvišoj tački u sistemu ( na
kolektoru) se ispušta zrak preko ventila za odzraku. Na prednjoj strani cirkulacione pumpe
potrebno je odviti vijak da bi se ispustio zrak iz pumpe.
8.8 Podešavanje broja obrtaja pumpe
Namjestiti pumpu na srednji stepen broja obrtaja i uključiti regulator. Na taco-setteru
(mjeraču protoka) se može provjeriti da li je dostignuta vrijednost volumena protoka. Ukoliko
nije onda se mora podesiti odgovarajući stepen broja obrtaja.
8.9 Podešavanje uređaja za regulaciju
Na uređaju za regulaciju su već podešene temperaturne vrijednosti. Te vrijednosti čine:


temperaturna diferencija kod uključivanja sistema (5 do 10 K)
temperaturna diferencija kod isključivanja sistema (2 do 4 K).
Moderniji regulatori imaju mogućnost određivanja maksimalne temperature bojlera (npr.:
90°C) i potrebne temperature tople vode (npr.: 45°C).
Kod rada solarnog sistema obično se prekidač na uređaju za regulaciju okreće na
“automatiku”.
Protokol
Nakon puštanja solarnog sistema u rad vrši se njegova predaja korisniku. Korisniku se treba
dati:




adresa i broj telefona instalatera (odgovornog lica)
kopija protokola predaje
detaljni opis sistema sa šemom
i uputstvo za upotrebu.
______________________________________________________________________________ 105
Solarna termika
_________________________________________________________________________________
8.10 Servisiranje i kvarovi
I pored redovne rutinske kontrole instrumenata kao što je:


kontrola pritiska u solarnom sistemu
kontrola rada pumpe ( “stanje mirovanja” i puno Sunčevo zračenje)
potrebno je napraviti otprilike svake 2 godine i servis solarnog sistema. Servis koji obavlja
instalater pokazuje da li sistem dobro i efikasno radi. Ovaj servis je najbolje obaviti u toku
jednog sunčanog dana.
Moguće je sa kupcem sklopiti i ugovor o servisiranju solarnog sistema. Kod servisiranja ovog
sistema potrebno je napraviti i protokol, gdje treba da se navedu svi izvršeni radovi tj.
kontrole.
______________________________________________________________________________ 106
Author
Document
Category
Uncategorized
Views
4
File Size
6 105 KB
Tags
1/--pages
Report inappropriate content