HGK solarna studija 2017, je tehnički elaborat izrađen na temu primjene Sunčeve energije u proizvodnom procesu generiranja tehnološke pare tijekom cijele godine s ciljem smanjivanja troškova energenata. Sunčeva energija će se koristiti za predgrijanje svježe tehnološke vode koja ulazi u sustav pripreme pare.

Za potrebe pripreme 5. Radnog paketa na projektu STEEEP kojeg kao partner Eurochambres-a provodi Hrvatska gospodarska komora, pozivamo vas da ponudite izradu studiju integracije sunčevog industrijskog toplinskog postrojenja kao djelomičnu supstituciju plina kao energenta u procesu pripreme tehnološke pare.

Studija treba uključivati sljedeće:

1. Studija treba uključiti razmatranje korištenja sunčeve energije za proizvodnju toplinske energije za vlastite potrebe kao potpunu ili djelomičnu supstituciju plina iz javne plinske mreže za proizvodnju tehnološke pare

2. Sunčevo toplinsko postrojenje koristi gospodarski subjekt koji pripada skupini malih ili srednjih poduzeća na području Vukovarsko-srijemske županije

3. Idejni projekt sunčevog toplinskog postrojenja koji uključuje prijedlog kapaciteta na temelju ukupnog predviđenog toplinskog konzuma

4. Studija treba razraditi idejni projekt koji je sukladan gospodarskim subjektima uključenim u projekt STEEEP

Idejni projekt integracije sunčevog industrijskog toplinskog postrojenja kao djelomičnu supstituciju plina kao energenta u procesu pripreme tehnološke pare predstavlja integralnu analizu primjene Sunčeve energije u svrhu smanjivanja potrošnje zemnog plina koji se koristi u industrijskom procesu dobivanja tehnološke pare.

Pregled postojećeg potencijala obnovljivih izvora energije omogućiti će tvrtki LABA d.o.o. da realno sagleda mogućnosti budućeg razvoja poslovanja primjenom obnovljivih izvora eneregije.

Cilj ovog idejnog projekta je da tvrtki olakša energetsko planiranje rashoda poslovanja. Istovremeno ona može poslužiti tvrtki kod razvoja projekata OIE, kao osnova za identifikaciju potencijalnih projekata odnosno njihovo usmjeravanje radi održivog razvitka tvrtke.

Idejni projekt potencijala OIE izrađen je za potrebe pripreme 5. Radnog paketa na projektu STEEEP kojeg kao partner Eurochambres-a provodi Hrvatska gospodarska komora

VUKOVARSKO-SRIJEMSKA ŽUPANIJA

Vukovarsko-srijemska županija nalazi se u sjeveroistočnom dijelu Republike Hrvatske u panonskom prostoru i s ukupno 180.1171 stanovnika čini 4,12% stanovništva Republike Hrvatske. Najviše stanovnika ima grad Vinkovci - 35.375, a administrativno sjedište se nalazi u gradu Vukovaru. Ukupna površina Županije iznosi 2.448 km2 ili 4,3% kopnenoga teritorija Republike Hrvatske.

Vukovarsko-srijemska županija smještena je na krajnjem sjeveroistoku Hrvatske. Leži u međurječju, između Dunava i Save, i zauzima dijelove povijesnih pokrajina istočne Slavonije i zapadnog Srijema. Na tom području su male visinske razlike. Najviša je točka Čukala kod Iloka (294 m nadmorske visine), a najniža u Posavini - Spačva (78 m). Na istoku se blago spuštaju obronci Fruške gore koji prelaze u vukovarski ravnjak. Sa zapada, s planine Dilja, pruža se vinkovačko-đakovački ravnjak.

Prostor Vukovarsko-srijemske županije ima umjereno kontinentalnu klimu. Ljeta su sunčana i vruća, a zime su hladne s dosta snijega i naoblake. Srednja godišnja temperatura kreće se oko 11°C sa srednjim najtoplijim maksimumom od 29,9°C i srednjim minimumom od 12,2°C. Srednje godišnje padaline kreću se u relativno uskom rasponu. Najniže su u krajnjem istočnom dijelu gdje iznose oko 650 mm, a prema zapadu vrijednost srednjih godišnjih padalina postupno raste do 800 mm. Najviše padalina ima u proljeće i sredinom ljeta, što pogoduje usjevima. Srednja relativna vlažnost zraka iznosi 79%.

OPĆE ZNAČAJKE ENERGIJE SUNCA

Sunčeva energija predstavlja jednu od osnovnih komponenti za razvoj života na Zemlji. Većina dostupnih energetskih oblika u prirodi nastala je djelovanjem energije Sunca. Sunčeva energija je dostupan i besplatan oblik energije, međutim, sustavi za korištenje Sunčeve energije nerijetko predstavljaju značajnu investiciju.

U unutrašnjosti Sunca odvijaju se nuklearne reakcije prilikom kojih se oslobađaju veće količine energije te se dio te energije emitira u svemir kao Sunčevo zračenje kakvo poznajemo na planetu Zemlji. Od ukupno emitiranog zračenja, tek manji dio dospije do vanjskih dijelova Zemljine atmosfere, a Sunčevo zračenje na gornjoj granici atmosfere naziva se ekstraterestričko zračenje.

Ekstraterestričko zračenje okomito na površinu za srednju udaljenost Zemlje od Sunca naziva se Sunčeva konstanta i iznosi 1.367 W/m2. Na putu do Zemljine površine, Sunčevo zračenje slabi zbog interakcije s plinovima, prašinom i oblacima.

Zemlja se u svojoj putanji okreće oko Sunca (revolucija) te oko svoje osi (rotacija), što uzrokuje pojavu godišnjih doba te dana i noći. Nagib osi ekliptike (vrtnje oko svoje osi) mijenja se tijekom godine, što uzrokuje promjenu kuta upada Sunčevih zraka, odnosno smanjivanje i povećanje duljina dana i noći te pojavu godišnjih doba.

Za razumijevanje značenja pojedinih vrijednosti parametra Sunčevog zračenja potrebno je upoznati sljedeće pojmove:

Ozračenje je srednja gustoća dozračene snage Sunčevog zračenja, koja je jednaka omjeru snage Sunčevog zračenja i površine plohe okomite na smjer tog zračenja. Jedinica za ozračenje je watt po kvadratnom metru (W/m2).

Ozračenost je količina energije Sunčevog zračenja dozračena na jediničnu površinu plohe u određenom vremenskom razdoblju. Dobiva se integriranjem ozračenja po vremenu, a jedinica

za ozračenost je vat sat po kvadratnom metru (Wh/m2) ili džul po kvadratnom metru (J/m2). Ovisno o promatranom vremenskom intervalu ozračenost se često naziva satna, dnevna, mjesečna ili godišnja suma zračenja.

Na putu kroz atmosferu Sunčevo zračenje slabi jer se apsorbira zbog interakcija s plinovima i vodenom parom pa se raspršuje na molekulama plinova i česticama prašine. Zbog toga Sunčevo zračenje do tla dospijeva kao izravno i kao raspršeno zračenje.

• Izravno (direktno) Sunčevo zračenje dolazi izravno iz prividnog smjera Sunca.

• Raspršeno (difuzno) Sunčevo zračenje nastaje raspršivanjem zračenja u atmosferi i do tla dopire iz svih smjerova.

• Ukupno (globalno) Sunčevo zračenje na vodoravnoj plohi sastoji se od izravnog i raspršenog zračenja. Nagnuta ploha osim izravnog i raspršenog zračenja prima i od tla odbijeno Sunčevo zračenje.

• Odbijeno (reflektirano) Sunčevo zračenje je dio zračenja koje se odbije od tla ili vodenih površina.

• Ukupno Sunčevo zračenje na nagnutu plohu sastoji se od izravnog, raspršenog i od tla odbijenog zračenja.

Izravna komponenta Sunčevog zračenja je dominantna u ukupnom zračenju. Maksimalno ozračenje izravnim Sunčevim zračenjem postiže se postavljanjem plohe okomito na smjer zračenja. Kako je raspršeno zračenje anizotropno, intenzitet zračenja se povećava približavanjem Sunčevom disku i, u manjoj mjeri, obzoru. Površina koja nije okomita na smjer upadnih zraka ozračena je s dijelom maksimalno mogućeg ozračenja proporcionalnom kosinusu kuta između upadnih zraka i normale plohe. Maksimalno ozračenje plohe moguće je ako se u svakom trenutku prati kretanje Sunca na nebu. Ozračenje tada ovisi samo o optičkoj masi zraka koja se povećava s približavanjem Sunca obzoru. Za fiksno postavljeni sustav određuje se vrijednost optimalnog kuta nagnute plohe. Optimalni kut nagnute plohe je kut pod kojim je potrebno postaviti modul u odnosu na vodoravnu površinu da bi se dobila najveća moguća godišnja ozračenost. Osim godišnjeg kuta, optimalni kut je moguće izračunati za sezonu i za svaki mjesec pojedinačno.

Ozračenost ili klimatološke značajke iz kojih se može procijeniti vrijednost ozračenosti najčešće se mjere na meteorološkim postajama ili na namjenskim mjernim postajama za mjerenje karakteristika Sunčevog zračenja. Najčešće se na meteorološkim postajama mjeri osunčavanje (trajanje sijanja Sunca), dok se na namjenskim mjernim postajama mjeri ukupno, a na bolje opremljenim mjernim postajama i izravno i raspršeno Sunčevo zračenje. Svjetska meteorološka organizacija za prikaz prosječnih klimatskih prilika, pa tako i Sunčevog zračenja, preporuča korištenje niza podataka iz tridesetogodišnjeg razdoblja od 1961. do 1990. godine.

TEHNIČKI POTENCIJAL ENERGIJE SUNCA

Godišnja ozračenost vodoravne plohe osnovni je parametar kojim se može procijeniti prirodni potencijal energije Sunca na nekoj lokaciji ili širem području. Ozračenost vodoravne plohe na nekom širem području (poput područja županije) je prostorno distribuirana ovisno o zemljopisnoj dužini (povećava se u smjeru sjever-jug), topografiji terena (smanjuje se u smjeru

od mora prema kopnu) te klimatološkim značajkama samog prostora. Vukovarsko-srijemska županija nalazi se u kontinentalnom dijelu Hrvatske koji ima relativno stalnu razdiobu potencijala Sunčevog zračenja. Najveći dio područja nalazi se u ravničarskom kraju te na gotovo cijelom području Županije srednja godišnja ozračenost vodoravne plohe iznosi između 1,25 i 1,30 MWh/m2.

PRIMJENJIVE ENERGIJSKE TEHNOLOGIJE

Energiju Sunčevog zračenja moguće je koristiti na dva načina – korištenjem sunčanih toplinskih sustava za zagrijavanje potrošne tople vode i podršku grijanju te korištenjem fotonaponskih sustava za proizvodnju električne energije.

Sunčani toplinski sustavi u najvećoj mjeri koriste se za grijanje potrošne tople vode, a u nešto manjoj mjeri i kao podrška grijanju (gdje je to tehnološki i ekonomski opravdano, kao npr. u niskotemperaturnom grijanju). Osnovi dio koji sunčani toplinski sustav razlikuje od toplinskih sustava na druge energente jest sunčani kolektor, uređaj u kojemu se dozračenom energijom

zagrijava radni medij. Radni medij cirkulira sustavom te u spremniku tople vode zagrijava sanitarnu vodu.

Spremnici tople vode služe za pohranu tople vode uz niske gubitke pa se zagrijana voda može koristiti tijekom cijelog dana. Ovakvi sustavi u pravilu imaju i dodatni energent za zagrijavanje (ogrjevno drvo, moderna biomasa, plin, el. energija) koji se koriste u nepovoljnim razdobljima. Uobičajena primjena sunčanih toplinskih sustava je u objektima koji se koriste kroz cijelu godinu, poput obiteljskih kuća, bolnica ili domova umirovljenika, ali i u objektima koji se koriste

sezonski, poput hotela ili apartmana za iznajmljivanje.

Sunčani fotonaponski sustavi tradicionalno se koriste za opskrbu električnom energijom objekata udaljenih od elektroenergetske mreže, a u novije vrijeme i za proizvodnju električne energije u mrežno vezanim sustavima, posebice radi poticajnih cijena otkupa takve energije (tzv. feed-in tarifa). Fotonaponski sustavi zasnivaju svoj rad na pretvorbi Sunčevog zračenja u električnu energiju putem fotoelektričkog efekta. Sunčana ćelija je osnovni element ovakvih sustava, a spajanjem više ćelija u jednu cjelinu dobiva se fotonaponski modul.

Fotonaponski modul je gotov uređaj kojim je moguće generirati električnu energiju, međutim kako se oni proizvode u relativno malim snagama (do maksimalno nekoliko stotina vata), više fotonaponskih modula se slaže u fotonaponsko polje kako bi se postigle veće snage.

Fotonaponski moduli generiraju istosmjernu električnu struju te se za pretvorbu iz istosmjerne u izmjeničnu, pogodnu za predaju u elektroenergetsku mrežu, koriste izmjenjivači. Osim prilagodbe oblika, izmjenjivači imaju još dvije važne zadaće – praćenje optimalne radne točke

fotonaponskog polja te odspajanje sustava s mreže u slučaju nestanka električne energije radi sigurnosnih razloga. Ovisno o izvedbi, na jedan izmjenjivač je moguće spojiti više polja fotonaponskih modula pa se jedan takav kompletan sustav može smatrati generatorom električne energije u punom smislu te riječi. Spremnici energije (najčešće baterijske akumulatorske banke) koriste se kod autonomnih sustava koji nisu spojeni na elektroenergetsku mrežu. Fotonaponske sustave moguće je instalirati na stambenim objektima, objektima komercijalne ili proizvodne namjene kojima proizvodnja električne energije nije osnovna zadaća. Uobičajeno je da se fotonaponski moduli u ovim slučajevima postavljaju na krovove objekata (bilo ravne, bilo kose), ali su u posljednje vrijeme sve češće primjene korištenja specijalnih fotonaponskih modula kao elementa fasade.

Proizvodnja električne energije u fotonaponskom sustavu, osim o dozračenoj energiji na lokaciji, ovisi o cijelom nizu čimbenika poput zasjenjenja, kuta nagiba i orijentacije fotonaponskih modula, tehničkim karakteristikama modula, temperaturi okoline, karakteristikama izmjenjivača, gubicima u kabelima itd. Fotonaponski sustav snage 10 kW postavljen pod optimalnim kutom, bez zasjenjenja na području Vukovara može proizvesti oko 10.400 kWh električne energije godišnje.

Proizvodnost fotonaponskog sustava je količina električne energije koju može proizvesti sustav jedinične snage. Za Vukovar bi ona iznosila oko 1.040 kWh/kW godišnje. Slična proizvodnost se može očekivati i na cjelokupnom području Vukovarsko-srijemske županije.

HRASTOVIĆ Inženjering d.o.o.
Dario Hrastović, dipl.ing.stroj.