Konverzija solarne energije u toplotnu energiju

UVOD

Sunce je nama najbliža zvezda te, neposredno ili posredno, izvor gotovo sve raspoložive energije na Zemlji. Energija vetra je posledica zagrevanja vazduha pod uticajem Sunca. Energija dobijena od biljaka takođe je energija Sunca koja je postupkom fotosinteze uskladištena u biljkama. Hidroenergija reka, nastala je kao posledica isparavanja vode pod uticajem Sunca.
Sunčeva energija potiče od nuklearnih reakcija u njegovom središtu, gde temperatura dostiže 15 miliona Celzijusovih stepena. Radi se o fuziji, kod koje spajanjem vodonikovih atoma nastaje helijum, uz oslobađanje velike količine energije. Svake sekunde na ovaj način u helijum prelazi oko 600 miliona tona vodonika, pri čemu se masa od nekih 4 miliona tona vodonika pretvori u energiju. Ova se energija u vidu svetlosti i toplote širi u svemir pa tako jedan njen mali deo dolazi do Zemlje.
Nuklearna fuzija, odvija se na Suncu već oko 5 milijardi godina, koliko je njegova procenjena starost, a prema raspoloživim zalihama vodonika može se izračunati da će se nastaviti još otprilike 5 milijardi godina. Zbog toga naziv ”obnovljivi” izvor energije jer se obnavlja istom brzinom kojom se i troši.
1. SUNČEVA ENERGIJA I NJENA PRIMENA
Sunčeva energija kao obnovljiv i neograničen izvor energije, se u svom izvornom obliku najčešće koristi za pretvaranje u toplotnu ili električnu energiju.
Snaga sunčevog zračenja iznosi oko 3,8 *10 W, od čega Zemlja dobija 1,7*10 W. Zemlja od Sunca godišnje dobije oko 4*10 J energije što je 20.000 puta više nego što iznosi ukupna godišnja potrošnja energije iz svih primarnih izvora. Međutim, Sunčeve energije koja stigne na površinu Zemlje nema u izobilju niti je kontinuirano raspoređena.
Energija zračenja koja dopre do površine Zemlje zavisi u prvom redu od trajanja insolacije ( trajanja sijanja Sunca,odnosno vremena za koje se Sunce nalazi iznad horizonta ). Trajanje insolacije zavisi od geografske širine i od godišnjeg doba. Razlika između vremena izlaska i vremena zalaska Sunca daje vreme trajanja insolacije kojoj je izložena horizontalna i nezaštićena površina. Za našu zemlju ona iznosi oko 15h leti i oko 9h zimi. Stvarno trajanje insolacije je znatno kreće zbog pojava oblaka i magle, ali i zbog stanja atmosfere odnosno njene zagađenosti. Ona se razlikuje i za površine koje su postavljene horizontalno, vertikalno ili su pod nekim uglom u odnosu na površinu Zemlje.
Dotok energije sunčevog zračenja nije proporcionalan trajanju insolacije. Naime, deo energije se gubi prolaženjem kroz atmosferu zbog apsorpcije kiseonika, ozona i ugljen-dioksida. Gubitak je veći što je Sunce bliže horizontu. Osim toga energija zračenja se u prolazu kroz atmosferu raspršuje, a najveći gubitak je neposredno nakon zalaska Sunca. Deo raspršene energije ipak dođe do površine Zemlje ( oko 50% ). Prema tome, ukupno zračenje koje dođe do površine Zemlje sastoji se od neposrednog zračenja Sunca i difuzionog zračenja koje je deo raspršene energije zračenja.
Spektar sunčevog zračenja obuhvata: radio-talase, mikrotalase, infracrveno zračenje, vidljivu svetlost, ultraljubičasto zračenje, H- zrake i Y- zrake.
Najveći deo energije pri tome predstavlja IC zračenje, (talasne dužine veće od 760nm ), vidljiva svetlost ( talasne dužine 400-760nm ) i UV zračenje. U spektru je njihov udeo sledeći: 51% čini IC zračenje, 40% UV zračenje a 9% vidljiva svetlost.
Pod pojmom iskorišćenja sunčeve energije u užem smislu se misli samo na njeno neposredno korišćenje, u izvornom obliku i ono može biti aktivno i pasivno.
Aktivna primena sunčeve energije podrazumeva njeno pretvaranje u toplotu ili električnu energiju pomoću solarnih kolektora ili fotonaponskih ćelija. Pasivna pak primena znači korišćenje emitovane sunčeve toplote odgovarajućom konstrukcijom građevina.

2. PASIVNA SOLARNA ENERGIJA
Pasivane solarne tehnike mogu biti pouzdan izvor solarne energije u zgradama koje su pažljivo projektovane i izgrađene sa namerom da iskoriste ovu vrstu energije. Termin ”pasivna” znači da se ne koristi dodatna mehanička oprema, osim uobičajenih građevinskih materijala. Sve pasivne solarne tehnike koriste građevinske elemente kao što su zidovi, prozori, podovi, krovovi i druge eksterne građevinske elemente da bi kontrolisale generisanje toplote koja se dobija od sunčevog zračenja.
2.1. ZAGREVANJE KUĆA POMOĆU VAZDUŠNIH KOLEKTORA

U toku dana zagrejani vazduh iz vazdušnih kolektora prirodnom cirkulacijom prelazi u šljunak i zagreva ga, a rashlađeni vazduh iz šljunka prelazi u kolektor. Otvori na podu unutar sobe su zatvoreni.