Ljubomir Majdandžić, Hrvatska stručna udruga za sunčevu energiju, Zagreb
Zdeslav Matić, Energetski institut Hrvoje Požar, Zagreb
Mario Perić, Brodarski institut, Zagreb
Luka Čarapović, Đuro Đaković, Aparati d.d, Slavonski Brod

Sažetak: ukratko je prikazan pilot projekt nazvan »Solarni krov Špansko-Zagreb« za opskrbu kućanstva toplinskom i električnom energijom pomoću sunčeve energije. Dani su godišnji rezultati mjerenja i uspoređeni su s rezultatima simulacije za zagrebačko područje. Na krovu kuće postavljeni su solarni kolektori površine 10 m 2 i solarni PV moduli snage 7,14 kW p. Pohranu toplinske energije za grijanje i pripremu potrošne tople vode osigurava solarni spremnik volumena 750 litara. Kada nije dostatna energija Sunčeva zračenja, kao dopunski energent u sustavu grijanja i pripreme potrošne tople vode, koristi se plin. Solarni fotonaponski sustav u paralelnom je pogonu s distribucijskom mrežom i namjenjen je za napajanje električnom energijom trošila u obiteljskoj kući i distribuiranu proizvodnju tj. višak električne energije predaje se distribucijskoj mreži Sustav proizvodi najviše električne energije sredinom dana pomažući rasterećenju mreže tijekom vršnih opterećenja. Za vrijeme dok solarni moduli ne proizvode dovoljno energije, napajanje trošila nadopunjuje se preuzimanjem energije iz mreže. Sustav je projektiran za potpuno automatski rad. Projekt sadrži oko 30 mjernih osjetnika s mogućnošću mjerenja preko 150 različitih parametara. Projekt koristi novu energetski održivu tehnologiju koja je u skladu sa zaštitom okoliša i održivim razvojem. Ovim ekološkim pristupom, uporabe električne i toplinske energije u kućanstvu, smanjena je emisija štetnih tvari u okoliš prije svega stakleničkog plina ugljik dioksida koji najviše doprinosi globalnom zatopljenju. Na kraju je dana energetsko-ekonomska i energetsko-ekološka analiza projekta.

Ključne riječi:
sunčeva energija, električna energija, priprema tople vode, solarno grijanje, zaštita okoliša

OPIS PROJEKTA

Na slici 1. prikazan je solarni sustav, nazvan “Solarni krov Špansko-Zagreb”. Za pokrivanje kućanstva
toplinskom energijom na krovu kuće postavljeni su solarni kolektori površine 10 m 2 a za pohranu toplinske energije za grijanje i pripremu potrošne tople vode služi solarni spremnik volumena 750 litara. PV Generator, snage 7,14 kW p, služi za dobivanje ekektrične energije, a sastoji se od 42 modula postavljena na krov kuće u tri reda pod kutem 30° . Nazivna snaga jednog modula iznosi 170 W p. Moduli su podijeljeni u tri grupe. Ovaj solarni fotonaponski sustav, prvi u Republici Hrvatskoj, u paralelnom je pogonu s distribucijskom mrežom i namijenjen je za napajanje električnom energijom trošila u obiteljskoj kući i distribuiranu proizvodnju tj. višak se električne energije predaje distribucijskoj mreži. Sustav proizvodi najviše električne energije sredinom dana pomažući rasterećenju mreže tijekom vršnih opterećenja. Električnom energijom proizvedenom solarnim modulima prvenstveno se napajaju trošila, a višak se predaje javnoj električnoj mreži. Za vrijeme dok solarni moduli ne proizvode dovoljno energije napajanje trošila nadopunjuje se energijom iz mreže.

  DOBIVANJE ELEKTRIČNE ENERGIJE PUTEM FOTONAPONSKOG SUSTAVA

Fotonaponski paneli, njih 42 komada, spojeni su u seriju i paralelu, i zatim se kabeli koji dolaze od nizova solarnih modula uvode u razdjelni ormarić modula. U razdjelnom ormariću se dovodi od svake grupe solarnih modula razvode prema solarnim izmjenjivačima. Razdjelni ormarić opremljen je odvodnicima prenapona i istosmjernim prekidačima. Solarni izmjenjivači pretvaraju istosmjernu struju solarnih modula u izmjenični napon reguliranog iznosa i frekvencije, sinkroniziran s naponom mreže. Ukupno je tri izmjenjivača, a nazivna snaga svakog izmjenjivača iznosi 3000 VA, slika 2. Brojila električne energije registriraju proizvedenu energiju predanu u mrežu i potrošenu energiju preuzetu iz mreže. Postoje i tri interna brojila električne energije spojena na PC. To su brojilo proizvedene energije, brojilo potrošene energije i brojilo koje mjeri višak energije predane u distribucijsku mrežu kada se podmire vlastite potrebe trošila u kućanstvu. U ormariću je dodatno ugrađen prekidač za odvajanje koji ima zadatak da, ako prestane napajanje preko jedne faze ili svih faza, odvoji distribucijsku mrežu (mrežu HEP-a) od PV generatora.

DOBIVANJE TOPLINSKE ENERGIJE SOLARNIM KOLEKTORIMA

Solarni termalni kolektori površine 10 m2 pretvaraju energiju Sunčeva zračenja u toplinsku energiju.
Korisna toplina, koja je jednaka razlici apsorbirane topline i toplinskih gubitaka, predaje se radnom mediju koji struji kroz sustav i tako odvodi korisnu toplinu do dobro izoliranog spremnika topline volumena 750 litara koji vrši pohranu toplinske energije za grijanje i pripremu potrošne tople vode. Kao dopunski energent, kada se energijom Sunčeva zračenja ne može dobiti korisna toplina, u sustavu grijanja i pripreme potrošne tople vode koristi se plin kao ekološki prihvatljiv dopunski energent.

Na slici 3. prikazana je shema mjernih uređaja kombinacije plina i solarne energije u sustavu grijanja i
pripreme potrošne tople vode opisanog projekta. Mjerna linija sastoji se od pet mjerila toplinske energije.
To su:
1. mjerilo toplinske energije potrošne tople vode
2. mjerilo toplinske energije solarnih kolektora
3. mjerilo toplinske energije dogrijavanja potrošne tople vode preko plina
4. mjerilo toplinske energije grijanja prostora
5. mjerilo toplinske energije solarnog udjela u grijanju prostora

Mjerila su izvedena kao cjelovita, a sastoje se od mjerila protoka, elektroničkog sklopa s pokaznim
uređajem i dva osjetnika temperature. Raspored i mjerna mjesta toplinskih mjerila prikazana su
na slici 3.

Energetska bilanca potrošne tople vode:

(1)

Energetska bilanca grijanja:

(2)

- toplinska energija potrošne tople vode
- toplinska energija solarnih kolektora
- toplinska energija dogrijavanja preko plina
- toplinska energija za grijanje prostora
- toplinska energija udjela plina u grijanju prostora
- toplinska energija solarnog udjela u grijanju prostora

Sustav je projektiran za potpuno automatski rad. Projekt sadrži oko 30 mjernih osjetnika s mogućnošću
mjerenja preko 150 različitih parametara. Kontrolni modul putem RS485 i RS232 sučelja omogućuje
praćenje i registraciju svih parametara bitnih za rad sustava. Daljinski nadzor i mjerenja provode se
koristeći PC i posebni software na bazi Windowsa putem serijskog sučelja i modemske veze.

REZULTATI MJERENJA ENERGIJE I SMANJENJE EMISIJE CO2

Tablica 1. Mjesečni rezultati mjerenja toplinske energije Q i električne energije E dobivene
energijom Sunčeva zračenja kao i smanjenje emisije CO 2 okolišu

Preko navedenih mjerila energije, u tablici 1. i na slici 4., dani su, od kolovoza 2003. do srpnja 2004. godine, mjesečni rezultati mjerenja dobivenih solarnih energija i uspoređeni su s rezultatima simulacije, tablica 2. Na temelju toga dano je smanjenje okolišu stakleničkog plina ugljik dioksida koji najvećim dijelom doprinosi globalnom zatopljenju.

Tablica 2. Simulacija rada solarnog sustava za pripremu potrošne tople vode postupkom
f- Chart za područje grada Zagreba

ZAKLJUČAK

Prikazani projekt “Solarni krov Špansko-Zagreb”, pokazuje mogućnost velike uštede energije u kućanstvu, toplinske do 60 %, električne 50 % kao i uštedu vode do 55 %. Ovim projektom se smanjenje emisija štetnog ugljičnog dioksida za ca. 6.500 kg godišnje. Značaj rada je u korištenju sunčeve energije kao obnovljivog izvora energije. Time se dokazuje da obnovljivi izvori energije, općenito, mogu dati dovoljno energije za gospodarski rast i istovremeno osigurati sklad suvremenog načina života čovjeka i stupanja tehnološkog napretka sa prirodom i održivim razvojem, za dobrobit sadašnjih i budućih generacija.

POPIS OZNAKA

A k - površina apsorbera kolektora

H b - srednja dnevna ozračenost nagnutog kolektora

N - broj dana u mjesecu

Q d - dodatna toplinska energija

Q k - toplinska energija dobivena iz kolektora

Q p - potrebna toplinska energija za grijanje vode

T hv - temperatura hladne vode

T tv - temperatura tople vode

T z - srednja temperatura vanjskog zraka

V s - volumen spremnika topline

f - solarni stupanj pokrivanja

k ef - efektivni koeficijent prolaza topline kolektora

t.v. - potrošnja tople vode po osobi

• - kut nagiba kolektora
• - stupanj korisnosti kolektora
• - zemljopisna duljina
• - zemljopisna širina

h 0 - optički stupanj korisnosti

LITERATURA

[1] Duffie, J. A. and Beckman, W. A.: Solar Engineering of Thermal Processes, 2 nd ed.

Wiley, New York, 1991.

[2] Goetzberger, A., Stahl, W.: The Self-Sufficient Solar House Freiburg, ISES Solar World

Congress, Denver (USA) , Proc. Vol. 3/1, p. 2537-2542, 1991.

[3] Luther, J., Voss, K., Wittwer, V.: Solares Bauen – Neue Technologien für Gebäude,

Forschungsverbund Sonnenenergie, Themen 97/98, 4-8 , Köln, Februar 1998.

[4] Majdandžić , Lj., Konzept des Modells eines energieautonomen Solarhauses auf der Insel

Krk in Kroatien, 13. Internationales Sonnenforum, (CD-ROM), Berlin, 12. bis 14. September 2002.

AUTORI

Ljubomir Majdandžić
Hrvatska stručna udruga za sunčevu energiju, J. Kavanjina 14, HR-10090 Zagreb
Tel.: ++38 5 1 38 79 122, Fax: ++38 5 1 38 88 918
E-mail: majdan@hi.hinet.hr
Zdeslav Matić
Energetski institut Hrvoje Požar, Savska cesta 163, HR-10001 Zagreb
E-mail: zmatic@eihp.hr
Mario Perić
Brodarski institut, Ave. V. Holjevca 20, HR-10020 Zagreb
E-mail: peric@hrbi.hr
Luka Čarapović
Đuro Đaković, Aparati d.d, Dr. M. Budaka 1, 35000 Slavonski Brod
Tel.: ++38 5 35/444 894, Fax: ++38 5 35/447 856
E-mail: dd-aparati@sb.tel.hr