svetila    
     


KOLIKŠNA JE SEVALNA MOČ SONCA NA ZEMLJI ?

KAKO JO IZKORIŠČAMO ZA PROIZVODNJO ELEKTRIKE ?


Obvestilo: posodobljen članek je na povezavi Sončna elektrarna .

Sonce nam da energijo za življenje na Zemlji. Večina energentov, ki jih uporabljamo za proizvodnjo električne energije, mehanske energije ali toplote, je nastalih kot posledica delovanja sonca sedaj ali v preteklosti. To so vodna energija, energija vetra, les, premog, nafta in plin.

Kako ekonomično lahko danes pretvarjamo sončno energijo v električno energija?

   
 INŠTRUKCIJE
 FIZIKE
   
 SVETILA    
VETRNA ELEKTRARNA
TOPLOTNA ČRPALKA

SEVALNA MOČ SONCA NA ZEMLJI

Sevalna temperature “fotosfere” sonca je 5760K. Kolikšnen je svetlobni tok, ki ga seva sonca pravokotno na zemeljsko površino? Predpostavi 35% absorbicijo svetlobnega toka na zameljski atmosferi.

 

Podatki:
T=5760K                              sevalna temperatura sonca
R= 0,696 milijonov km           radij sonca
r= 149,6  milijonov km           oddaljenost sonca od zemlje
——————————————————————
Moč, ki jo seva sonce, izračunamo po Stefanovem zakonu:
enacba1
kjer je σ Stefanova konstanta.
Del moči, ki pade na kvadratni meter Zemlje je
enacba 2
Če upoštevamo še absorbcijo na zemeljskem ozračju, dobimo
enacba3
Ta moč bi se absorbirala na zemlji, če bi bila Zemlja črno telo.

Nazivna moč sončne elektrarne je po definiciji njena moč pri gostoti sevalnega toka 1kW/kvadratni meter. Pri tem predpostavimo, da so sončni žarki pravokotni na vpadno površino.

   
sončna elektrarna 2
          Pretvorniki svetlobne energije v električno.
sončno sevanjne    

Dejanska moč sevane svetlobe se s časom spreminja. Verodostojne podatke lahko dobimo samo z dolgoletnim opazovanjem. V Sloveniji se s tem ukvarja Agencija RS za okolje in prostor. Na prikazanem stolpičnem diagramu je primerjava povprečne dnevne energije globalnega sevanja med Ljubljano in Kredarico. Pri meritvi globalnega sevanja so zajeti neposredni, odbiti in razpršeni žarki. V jesenskem in pomladnem času je vsled megle in smoga v Ljubljani sevanje na Kredarici nekoliko višje kot v Ljubljani, v poletnih mesecih pa nižje. V povrečju je na Kredarici sevanje višje le za slaba 2 odstotka.

Če uporabimo podatke za sevanje v Ljubljani in jih preračunano na mesečno in letno raven, dobimo sevalno energijo 1254 kWh na kvadratni meter površine.

   
 

Povprečna dnevna energija obsevanja
Vir: Agencija RS za okolje in prostor 2008


   
sončna elektrarna    

SONČNA ELEKTRARNA

Glavni elementi sončne elektrarne so solarni moduli in paneli s fotoelektričnimi pretvorniki (PV - Photo Voltaic). Razlikujejo se po ceni in izkoristku pretvorbe. Na izhodu dajo enosmerno napetost. Če želimo proizvedeno električno energijo posredovati električnemu omrežje, ga moramo pretvoriti na omrežno napetost in frekvenco ter ga fazno uskladiti z omrežjem. Za to uporabimo razsmernik. Ostali deli elektrarne so zaščitni elementi in števci proizvedene in oddane energije.

Kako se lotimo izračuna pričakovane proizvodnje energije? Najprej izberemo primerne solarne panele (npr. panele iz silicijevih monokristalov) ter odčitamo iz podatkov proizvajalca, kakšna je nazivna električna moč pri gostoti sevalnega toka 1kW na kvadratni meter. Njun količnik je izkoristek pretvarjanja svetlobne energije v električno. Upoštevati moramo tudi izkoristek pretvornika, ki pretvarja enosmerno napetost iz sončnih panelov v izmenično napetost . Izberemo tudi površino panelov.

   
Sledilna sončna elektrarna v Ljubljanski regiji    
solarni moduli    

Primer:
Gradimo sončno elektrarno v Ljubljanski regiji. Elektrarna je sledilna, kar pomeni da se samostoječi sončni paneli samodejno obračajo za soncem. PV moduli so iz silicijevih monokristalov. Nazivna moč je 20,5kW. Podatki in izračun proizvedene energije so v spodnji tabeli:

 A: letna sevalna energija sonca
      (kW na kvadr. meter)
            1254
 B: velikost panelov
      (kvadr. meter)
              137
 C: izkoristek fotoelektrične       pretvorbe                  0,15
 D: izkoristek razsmernika                  0,95
  SKUPNA LETNA ENERGIJA
  A.B.C.D
              25,5 MWh

Na vsak kW nazivne moči elektrarne lahko torej pričakujemo letno proizvodnjo 1240kWh električne energije. Pri ocenjeni investiciji 4000€/kW nazivne moči, 15-letni amortizaciji in 8% letnemu donosu, bi morala biti odkupna cena električne energije 0,47€/kWh. V Sloveniji se toliko dejansko plačuje. Izračunana cena je približno 20 krat višja od srednje prodajne cene elektrike gospodinstvu.

 

   
Fotoelektrični pretvorniki - prikazani so štirje moduli panela    
sončna elektrarna    

Sledilni paneli sončne elektrarne.

ZAKLJUČEK
Cena električne energije iz sončne elektrarne je za sedaj bistveno previsoka. Pri normalnih cenah odkupa električne energije se ne bi investicija nikoli vrnila. Proizvodnja sončnih panelov zahteva klimatizirano in brezprašno okolje in je energetsko potratna. V kolikor bi pri proizvodnji sončnih panelov uporabljali "umazane" vire energije, ne bi v ekološkem smislu nič pridobili.