Primena membranskih separacionih procesa u solarnoj tehnologiji

Uvod

Solarna energija je energija sunčevog zračenja koju primećujemo u obliku svetla i toplote kojom nas naša zvezda svakodnevno obasipa.
Sunce je najveći izvor energije na Zemlji. Sem neposrednog zračenja koje greje Zemljinu površinu i stvara klimatske uslove u svim pojasevima, ovo zračenje je odgovorno i za stalno obnavljanje energije vetra, morskih struja, talasa, vodnih tokova i termalnog gradijenta u okeanima. Postupkom fotosinteze se sunčeva energija pretvara u biljnu masu koja na taj način postaje pretvorena energija u celulozu ili drugi oblik ugljenih hidrata. Energija koja potiče iz posrednog i neposrednog sunčevog zračenja se smatra obnovljivim izvorom energije jer se njenim korišćenjem ne remeti značajno ravnoteža toka materije i energije u prirodi.
Sva konvencionalna, fosilna, goriva su takođe jedan oblik energije sunčevog zračenja. Međutim, ova energija je akumulirana i u dugim procesima geoloških i hemijskih transformacija zarobljena pod površinom Zemlje u obliku nafte, gasa ili uglja.
Ova energija se može iskoristiti na razne načine i upotrebiti kao toplotna, električna, hemijska ili mehanička energija.
Najjednostavniji način je sakupljanje toplotne energije, pomoću solarnih kolektora koji daju toplu vodu ili topao vazduh koji se mogu koristiti za grejanje tople vode za domaćinstvo, bazene, radijatore ili podno grejanje. Još u vreme antičkih Grka je pisac Ksenofont opisao kako se pametnim građenjem može iskoristiti sunčeva energija za grejanje kuća zimi. Danas se u zgradama toplotna energija Sunca koristi pasivnim i aktivnim zahvatom korišćenjem arhitektonskih i građevinskih tehnika.
Napredni način je neposredna proizvodnja električne energije fotonaponskim ćelijama. Ovaj način podrazumeva da se postavljanjem panela poluprovodničkih osobina i izlaganjem sunčevom zračenju neposredno dobija električni napon odnosno električna energija.
Solarna energija je u poslednje vreme stekla veliku popularnost kao obnovljivi izvor energije koji sa sobom ne donosi zagađenje povezano s fosilnim gorivima.
1. Energetske karakteristike fotonaponskih panela

Jedan od rasprostranjenih načina dobijanja električne energije iz obnovljivih izvora jeste pomoću solarnih ćelija. Ćelije se ređaju u nizove koji formiraju modul. Zavisno od mesta ugradnje, moduli mogu dalje biti smešteni u panele koji se montiraju na omotač objekta ili mogu biti sastavni deo staklenog omotača ili krovnog pokrivača.

Konvencionalne solarne ćelije koriste vidljivu i infracrvenu svetlost za proizvodnju energije. Nasuprot tome, novije solarne ćelije koriste ultraljubičasto zračenje. Korišćene kao zamena za prozorsko staklo, ili postavljene preko njega, površina za instalaciju može biti velika, što vodi ka kombinovanju prednosti funkcije proizvodnje energije, osvetljenja i kontrole temperature. Fotonaponski paneli pretvaraju sunčevu svetlost u električnu energiju direktno, bez ikakvih štetnih gasova. Sistem se može koristiti decentralizovan, odnosno može se razviti u blizini potrošača i bez gubitaka energije na prenosnoj mreži. Prednost integrisanih fotonaponskih ćelija nad uobičajenim neintegrisanim sistemima je u tome što se početni troškovi neutralizuju redukcijom količine utrošenog građevinskog materijala i radne snage potrebne za izgradnju dela zgrade koga zamenjuju ovi moduli. Ove prednosti čine integrisane module segmentom fotonaponske industrije koji se najbrže razvija.

Fotonaponski sistemi su veoma pouzdani na dugi rok. Prosečna garancija za ovu vrstu proizvoda je 20-25 godina, koliko, u stvari, oni i postoje. Za duži rok mora da prođe još vremena da bi se dokazalo. Do 2020. godine biće konkurentni maloprodajnoj ceni električne energije u Evropi. Sistemi skoro da ne iziskuju nikakvo održavanje. Fotonaponski moduli, za razliku od drugih građevinskih materijala, proizvode energiju i stoga pružaju vlasniku mogućnost da povrati početnu investiciju u njihovu ugradnju.
2.Pretvaranje solarne energije u električnu

Fotonaponske ćelije služe za direktno pretvaranje solarne energije u električnu sa veoma malim stepenom korisnog dejstva. One rade na pricipu fotoelektričnog efekta. Vrlo tanke pločice kristala silicijuma sa primesom arsena izloženi zračenju Sunca ponašaju se kao puluprovodnički spoj. Čestice svetlosti, fotoni, atomima silicijuma izbijaju elektrone i kao rezultat imamo da se na jednoj strani poluprovodničkog spoja stvara višak negativnog, a na drugoj višak pozitivnog naelektrisanja usled čega imamo protok struje. Velika mana je nizak stepen iskorišćenja (oko 15%). Druga mana je tzv.niska energetska isplativost.

Naime, izrada ovih ćelija zahteva specifično veliki utrošak energetski najskupljih materijala (Al,Si,Cu) tako da je vreme vraćanja uložene energije oko 20 godina. Ako je vek ovakvih uređaja manji od 20 godina ne možemo tvrditi da je ovo obnovljivi izvor energije. Njih ima smisla koristiti samo tamo gde je to jedini način za snadbevanje el.energijom nekih izolovanih, važnih i skupih uređaja, kao što su kosmički brodovi, geostacionarni sateliti ili udaljene metorološke stanice, što se i upravo čini. Fotonaponske ćelije proizvode se tokom poslednjih decenija, zbog rešavanja energetskih problema kosmičkih programa, te se njihova cena smanjivala i sada iznosi oko 10 USD/W. Na ovaj način je moguće obezbediti struju u objektima ili uređajima gde nije dostupna električna energija iz električne mreže. To su najčešće vikendice ili kuće u nepristupačnim mestima, plovni objekti, karavan kućice kao i razni