1. Uvod
Na planeti Zemlji živi oko 7 milijardi stanovnika, dok, po nekim procjenama
stručnjaka, optimalan broj treba da bude oko 3 milijarde. Ovaj veliki nesrazmjer povlači za
sobom i problem velike potrebe za energijom, naročito iz neobnovljivih izvora. Stalni porast
stanovništva za sobom povlači i veće potrebe za energijom. Dugoročno gledano, potreba za
energijom se konstantno povećava. Trenutno, svijet pokriva svoje energetske potrebe
uglavnom neobnovljivim izvorima energije, većinom fosilnim gorivima – ugljem, naftom i
prirodnim gasom. Kao što i samo ime govori, ovi izvori energije nisu obnovljivi, a to znači da
će u određenom trenutku biti potrošeni.
Fosilna goriva su vrlo štetna za okolinu zbog ispuštanja velike količine CO
2
, zagađenja
okoline u obliku izlijevanja nafte u more, kao i zbog izazivanja smoga, koji je vrlo štetan za
zdravlje. Trenutno je možda najnaglašeniji negativni efekat fosilnih goriva globalno
zagrijavanje i stvaranje efekta staklene bašte. Efekat staklene bašte u normalnim uslovima
omogućava ljudima život na Zemlji, jer bi bez njega temperature bile znatno niže, ali
prenaglašeni efekat mogao bi uništiti život na Zemlji. Ukoliko u atmosferu uđe previše
stakleničkih gasova (ugljen dioksid, metan, azot suboksid, itd), temperature rastu, što pokreće
negativnu seriju događaja, koji dodatno pojačavaju efekat staklene bašte. Zbog tih problema
strijemi se ka boljem rješenju za energetske potrebe, a to su obnovljivi izvori energije.
Postoji mnogo razloga zbog kojih su fosilna goriva i dalje dominantni izvori energije
širom svijeta. Jedan od glavnih razloga su lobiji, koji su se vremenom okupili oko fosilnih
resursa. Drugi jak razlog za korišćenje fosilnih goriva je njihova početna cijena, koja je vrlo
niska. Treći veliki razlog popularnosti fosilnih goriva je i slaba tehnološka podrška sektoru
obnovljivih izvora energije. Ovo je jedan od glavnih razloga zašto se obnovljivi izvori
energije teško probijaju. Sredstva koja su usmjerena u obnovljive izvore energije su mala u
odnosu na sredstva koja se izdvajaju za kupovinu, transport, rafinisanje i distribuciju fosilnih
goriva, a bez dobre finansijske podrške je nemoguće postići neki veliki rezultat.
Obnovljivi izvori energije su, kao što i samo ime kaže, oni koji se dobijaju iz prirode i
koji se mogu obnavljati. Danas se sve više koriste zbog svoje neškodljivosti prema okolini.
Najčešće se koriste energije vjetra, sunca i vode.
„Obnovljiva energija je dobivena iz prirodnih procesa koji se konstantno obnavljaju. U
svojim različitim oblicima, dobiva se direktno iz sunca ili iz topline stvarane duboko u Zemlji.
To još uključuje električnu struju i toplinu dobijenu iz izvora poput sunčeve svjetlosti, vjetra,
1
oceana, hidroenergije, biomase i geotermalne energije te biogoriva i hidrogena dobijenog iz
obnovljivih izvora.“
1
U radu će se pažnja posvetiti solarnoj energiji.
Količina solarne energije koja svake minute stiže na Zemlju dovoljna je da zadovolji
godišnje energetske potrebe čovječanstva u trenutnoj fazi razvoja.
1
http://hr.wikipedia.org/wiki/Obnovljivi_izvori_energije
2
spor. Glavni problem za instalaciju novih postrojenja je početna cijena. Veliki udio u
proizvodnji energije iz obnovljivih izvora je rezultat ekološke osviještenosti stanovništva,
koje uprkos početnoj ekonomskoj neisplativosti instalira postrojenja za proizvodnju "čiste"
energije.
Osnovni principi direktnog iskorištavanja energije Sunca su:
- solarni kolektori - pripremanje vruće vode i zagrijavanje prostorija
- fotonaponske ćelije – direktno pretvaranje sunčeve energije u električnu energiju
- fokusiranje sunčeve energije - upotreba u velikim energetskim postrojenjima
2.1 Solarni kolektori
Solarni kolektori pretvaraju sunčevu energiju u
toplotnu energiju vode i obično se postavljaju na
krovove kuća i zgrada. Sistemi za grijanje vode mogu
biti otvoreni, u kojima voda koju treba zagrijati
prolazi direktno kroz kolektor na krovu, ili zatvoreni,
u kojima su kolektori popunjeni tečnošću, koja se ne
smrzava (npr. antifriz). Kolektor se sastoji od
vakuumskih cijevi, koje su jednim krajem zaronjene u
rezervoar. Na ovaj način voda koja se nalazi u
rezervoaru se nalazi i u vakuumskim cijevima.
Zagrijanoj vodi u vakuumskoj cijevi se smanjuje gustina, pa se u cijevima podiže prema
rezervoaru. Pri prolazu kroz gornji dio rezervoara toplota se prenosi na gornje slojeve vode.
Pritom se hladnija voda sa dna rezervoara, koja ima veću gustinu, ponovo spušta u
vakuumsku cijev. Podizanje i spuštanje vode traje sve dok se voda u bojleru ne zagrije na istu
temperaturu, koju ima voda u cijevima kolektorskog apsorbera. Kako u tom trenutku nestaje
razlika između vruće vode u vakuumskim cijevima i vruće vode u rezervoaru prekida se
prenos toplote.
Zatvoreni sistemi mogu se koristiti bilo gdje - čak i kod vanjskih temperatura ispod
nule. Tokom dana, ako je lijepo vrijeme, voda može biti grijana samo u kolektorima, a ako
vrijeme nije lijepo, kolektori pomažu u grijanju vode i time smanjuju potrošnju struje. Solarni
kolektori su korisni i kod grijanja bazena.
Postoje i kolektori koji direktno griju vazduh. Ti sistemi cirkulišu vazduh kroz
kolektore i na taj način prenose veliki dio energije na vazduh. Taj vazduh se kasnije vraća u
4
slika 1: Solarni kolektor
grijanu prostoriju i na taj način se održava temperatura u prostoriji. Kombinacijom grijanja
vazduha i grijanja vode može se postići vrlo velika ušteda.
2.2. Fotonaponske ćelije
Fotonaponske ćelije (slika 2.) su poluprovodnički elementi koji direktno pretvaraju
energiju sunčevog zračenja u električnu energiju. Fotonaponske ćelije se mogu koristiti kao
samostalni izvori energije ili kao dodatni izvor energije. Kao samostalni izvor energije se
koristi npr. na satelitima, znakovima na putu, digitronima i udaljenim objektima koji
zahtijevaju dugotrajni izvor energije. U svemiru je i snaga sunčevog zračenja puno veća, jer
Zemljina atmosfera apsorbuje veliki dio zračenja, pa je i dobijena energija veća. Kao dodatni
izvori energije, fotonaponske ćelije mogu se priključiti na električnu mrežu.
Fotonaponske ćelije su izgrađene (slika 3.) od dva sloja – pozitivnog i negativnog, a
razlika potencijala između ta dva sloja zavisi od intenziteta solarnog zračenja. Solarna
energija stiže na Zemlju u obliku fotona. Prilikom pada na površinu solarne ćelije ti fotoni
predaju svoju energiju panelu i na taj način izbijaju negativno nabijene elektrone iz atoma.
Izbijeni elektroni kreću se prema drugoj (negativnoj) strani panela i na taj način dolazi do
razlike potencijala, tj. generiše se električna energija. Fotonaponske ćelije se grade od
silicijuma, a silicijum je jedan od najzastupljenijih elemenata na Zemlji.
Fotonaponski efekt počeo je 1839. godine posmatrati Henri Becquerel i na početku
dvadesetog vijeka bio je predmet mnogih istraživanja.
Slika 2: Fotonaponske ćelije Slika 3: Presjek fotonaponske ćelije
2.3. Fokusiranje sunčeve energije
Fokusiranje sunčeve energije se upotrebljava za pogon velikih generatora ili toplotnih
pogona. Fokusiranje se postiže pomoću mnogo leća ili pomoću ogledala složenih u tanjir ili
5
