ENERGIJA

Msc Jozef Baruhović

Solarni termički kolektori

Energetski centar na krovu

Da bi čovečanstvo sprečilo loše klimatske promene i obuzdalo ispuštanje ugljen-dioksida u atmosferu, mora da primeni masovno uvođenje obnovljivih izvora energije (OIE), tj. vode, vetra i sunca. Rok za taj prelazak je 2050/2060. Udeo korišćenja OIE za sada je 10-20%.
Dosadašnji način proizvodnje kWh iz uglja i prenos energije do krajnjeg potrošača - bojlera, mašine za veš ili slavine za toplu vodu u porodičnom stanu, stambenoj zgradi ili bazenu - nije ni kratak ni jednostavam. Usput ima dosta energetskih gubitaka. Ugalj treba iskopati, dopremiti do termoelektrane i sagoreti u ložištu, pretvoriti u električnu energiju, preneti u dalekovodnu mrežu visokog napona, oboriti napon u lokalnim trafo-stanicama (TS) i, preko distributivne mreže, isporučiti ga krajnjem potrošaču.
Za proizvodnju jednog kWh potrebno je sagoreti oko 1,2 kg lignite kalorične vrednosti oko 2080 kcal/kg. Ugalj pri sagorevanju oslobađa oko 0,8 kg ugljen-dioksida.
Na drugoj strani su aparati za domaćinstvo, koji rade na električnu energiju. Primera radi, bojler potroši 1kWh za 30 minuta, mašina za veš isto toliko za 20 minuta, mašina za pranje posuđa 20 minuta… Tako se dolazi do zaključka da je daleko jednostavniji i kraći energetski put onaj od solarnog kolektora na krovu stambenog objekta do potrošača u stanu, do stambene zgrade, hotela ili bolnice. Pomenuti potrošači troše električnu energiju pretežno za dobijanje tople sanitarne vode na način koji se pokazao kao neekonomičan. Ukoliko bi se sunčeva energija koristila za proizvodnju tople sanitarne vode , i to masovno, energetska slika sveta bila bi znatno promenjena.

Prirodna i prinudna cirkulacija

Prosečno četrvoročlano (tročlano) domaćinstvo troši oko 30% električne energije mesečno za dobijanje tople sanitarne vode. To čini 300-320 kWh mesečno. Na godišnjem nivou, to iznosi preko 3000 kWh. Za sunčevu radijaciju na geografskoj širini Beograda , tri ravna solarna kolektora, površine 1,5 m2 (ukupno 4,5 m2) i solarni bojler od 120 l mogu da podmire sve potrebe za toplom sanitarnom vodom u periodu april- septembar. U period oktobar-januar, mogu da pokriju oko 50% potreba tako da je tada neophodno dogrevanje.
U svetu je krajem 2014. bilo instalirano oko 590 miliona m2 solarniih kolektorskih površina, ukupne snage 410,2 GWth (termička snaga). Kina je na tom spisku prva - sa instalisanom snagom od 289 GW daleko je ispred ostalih država. U Evropi je instalisano oko 47,5 GWth. Na ostali svet otpada oko 46,2. U procentima to izgleda ovako: Kina 78,2 %, EU 11,5 %, ostale zemlje oko 10,3%. Gledano po vrsti kolektora, 28,8 % otpada na ravne kolektore a 71,2% na kolektore u vakuumskim cevima. Od ukupno broja solarnih sistema, oko 75% otpada na sisteme sa prirodnom cirkulacijom radnog fluida a 25% na sisteme sa prinudnom cirkulacijom radnog fluida.
U evropskim zemljana ugrađeno je 68 miliona m2 solarnih kolektorskih površina. Zemlje koje su na ovom polju najviše odmakle su Austrija, Kipar, Izrael i Grčka. Austrija ostvaruje 419 kWth na 1000 stanovnika, Kipar 412 kWth na 1000 stanovnila, Izrael 400 kWth na 1000… Kina sa ostvaruje 213 kWth na 1000 stanovnika. Posebno je interesantan primer Izraela, gde je 1950. započet rad na usavršavanju i uvođenu solarnih termičkuh instalacija u domaćinstva - isključivo za proizvodnju tople sanitarne vode. Bez fosilnih energenata, bez nafte i uglja ali bogat sunčevom energijom, Izrael se opredelio za taj put razvoja. Prvi ravni kolektor ušao je u široku primenu još 1950.
Do 1967. čak 20% izraelskih domaćinstava bilo je opremljeno solarnim instalacijama za proizvodnju tople vode. Kao rezultat naftne krize 1970. izglasan je zakon po kojem se na krov svakog novog stambenog objekta mora postaviti solarna instalaciju. Izuzetak su činile građevine više od četiri sprata , na kojima je zbog relativo male krovne površine bilo nemoguće postaviti dovoljan broj kolektora. Kasnije je zakon proširen na građevine do devet spratova . Danas većina domaćinstava raspolaže solarnim instalacijama; procene su da je ugrađeno oko 2.000.000 solarnih instalacija (standardna izraelska solarna instalacija sastoji se od jednog kolektora površine 2,2. m2 i solarnog bojlera zapremine 120 l, sa pomoćnim elektro-grejačem. Primenjena su dva sistema solarnih instalacija: sa prirodnom cirkulacijom radnog fluida i sa prinudnom cirkulacijom radnog fluida, sa potisnom pumpom. Procenjuje se da solarno grejanje donosi uštedu državi od 2 miliona barela nafte godišnje.

Isplativo u Srbiji

Srbija bi mogla da ostvari ustede u potrošnji električne energiji i smanji ispuštanje CO2 postepenim uvođenje solarnih instalacija, pri srednjoj dinamici od 10.000 novouvedenih instalacija godišnje. Na taj način bi se uštedelo oko 21-22 miliona evra godišnje. Pri sadašnjim cenama električne energije, uz kolektor površine 4,5 m2 i solarni bojler od 120 l, instalacija bi mogla da se isplati za 8-10 godina. Vek trajanja solarnih instalacija iznosi 20-25 godina.
U svetu se cene za 1 kWhth, proizveden iz solarnih instalacija, kreću u dosta skromnim granicana. Na primer, za grejanje bazena sa slobodnom cirkulacijom radnog fluida (Kanada, Izrael) cena iznosi oko 2 centa /kWhth a sa prinudnom cirkulacijim radnog fluida (Austrija, Francuska) cena se krece u granicama 12-20 centa /kWh. Za velike sisteme sa prinudnom cirkulacijom radnog fluida (Austrija, Kanada, Danska) cena se kreće u granicama 8-14 centa/kWhth.

Inovacije i pogled u budućnost

Može se pretpostaviti da će se u budućnosti korišćenja sunčeve energije odvijati u tri pravca: osvajanje ogromnih nenaseljenih pustinjskih prostora, korišćenje krovnih površina urbanih sredina i tehničke inovacije uz usavršavanje postojećih solarnih instalacija, posebno kolektora.
Od 1950. do danas učinjen je znatan tehnološki napredak u pogledu usavršavanja ključnog dela solarnih sitema - kolektora, uvođenjem cevnih vaakuumskih kolektora. Kod vakuumiranih cevnih kolektora, absorber i cev sa radnim fluidom smešteni su u vakuumiranoj staklenoj cevi čime je ostvarena dobra termička izolovanost u odnosu na okolinu. Stepen korisnosti ovih cevnih kolektora je znatno viši u poređenju sa ravnim kolektorima; oni jesu skuplji ali su i pogodniji za ugradnju u srednjim klimatskim zonama. Uz to, ostvaruju višu temperaturu vode (do 180 C). Kolektori manjih dimenzija (120x120 cm, težine do 40 kg) lakši su za montažu.
Kod solarnih sistema sa prinudnom cirkulacijom radnog fluida postoji: napajanje pumpe energijom iz lokalne foto-naponske ćelije, pokretanje pumpe elektro-motorom sa više brzina, bolja regulacija brzine protoka radnog fluida, radni fluid kojim se izbegava zamrzavanje. Novi tip kolektora objedinjuje kolektor i bojler , a postoji i mogućnost proširenje fiksne stambene vodovodne instalacije na postojeći bojler, mašinu za rublje, mašinu za posuđe. Poseban prozirni premaz na prednjoj ploči kolektora menja svoju kristalnu strukturu zavisno od temperature, čime se sprečava pregrevanje kolektora…

Msc Jozef Baruhović

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"