Noa i Marko, učenici 5. r., sa svojim su mentorom, profesorom Gordanom Bartolićem, izradili „Model energetski samostojne ekološke kuće“ koji je na Državnom natjecanju mladih tehničara, u kategoriji Smotra radova, 2012. godine osvojio prvo mjesto.

Rad je bio tako dobro ocijenjen da je upućen na Međunarodnu izložbu inovacije „IENA 2012“ koja se održava od 1. do 5. studenog ove godine u Nurnbergu (Njemačka).

MODEL ENERGETSKI SAMOSTOJNE EKOLOŠKE KUĆE

Očuvanje okoliša je danas jedan od najvažnijih zadataka u svim područjima tehnike i proizvodnje. Jedan od najvažnijih uzroka onečišćenja okoliša je proizvodnja i trošenje velikih količina energije, a posebno električne energije. Da bi se osigurale velike količine električne energije najčešće se grade elektrane koje svojim radom ugrožavaju okoliš – hidroelektrane, termoelektrane i nuklearne elektrane. U novije vrijeme počinju se graditi i alternativne elektrane (koje koriste energiju Sunca, vjetra, plime i oseke itd.). Ipak, takve elektrane proizvode tek jako mali dio potrebne električne energije i još nije sasvim sigurno je li njihova izgradnja u velikim količinama uopće ekološki prihvatljiva (poznato je npr. da vjetroelektrane ugrožavaju određene vrste ptica).

Energetski samostojna ekološka kuća je stambeni objekt koji sve svoje potrebe za električnom energijom u potpunosti zadovoljava iskorištavanjem sunčeve energije i energije vjetra. Takva kuća bi trebala biti izgrađena od pažljivo biranih, ekološki prihvatljivih te u što većoj mjeri prirodnih materijala kako bi se smanjilo onečišćenje okoliša. Primjenom dobrih izolacijskih materijala toplinski gubici ove kuće su minimalni. Pravilna orijentacija kuće (sjever-jug) i solarni paneli s podešavajućim nagibom omogućuju maksimalno iskorištavanje sunčeve energije.

Naš model energetski samostojne ekološke kuće demonstrira mogućnost samostalne proizvodnje električne energije za svakodnevne potrebe jednog kućanstva iz prirodnih izvora energije na području na kojem se kuća nalazi. Na taj način je kućanstvo neovisno o električnoj energiji iz elektrodistribucijskog sustava. Pošto se u takvoj kući pazi i na racionalnu potrošnju električne energije, takvu kuću zovemo energetski samostojnom ekološkom kućom.

Osim proizvodnje, naš model demonstrira  skladištenje i racionalnu primjenu električne energije dobivene iz prirodnih, ekoloških izvora energije.

Proizvodnja električne energije u modelu je prikazana pomoću tri sustava:

Skladištenje energije u modelu je prikazano  na tri načina:

Racionalna primjena dobivene električne energije demonstrirana je na sljedeće načine:

U našem modelu koristimo tri solarna panela koji pretvaraju svjetlosnu energiju Sunca u električnu energiju. Da bi njihov napon bio veći, spojeni su serijski u strujnom krugu. Pri jakom osvjetljenju svaki solarni panel daje napon oko 2V pa je ukupni napon oko 6V.

Vjetroelektrana sadrži električni generator koji pretvara mehaničku energiju vjetra u električnu energiju, a pogoni ga elisa sa četiri kraka. Elisa je montirana na visoki stup kako bi se bolje hvatao vjetar.

Vjetroelektrana i solarni paneli spojeni su paralelno tako da zajedno napajaju gorivu ćeliju i daju jaču struju. U strujni krug kuće spojeni su pomoću zasebnih sklopki tako da ih možemo pojedinačno ili zajedno uključiti ili isključiti iz strujnog kruga.

Goriva ćelija je takve konstrukcije da može elektrolizom razdvajati vodu na vodik i kisik za vrijeme dok je spojena na izvor električne energije. Kad se proizvede dovoljno vodika i kisika (i kad nema drugih izvora, npr. energije Sunca ili vjetra), goriva ćelija se može koristiti kao izvor električne energije jer se u njezinoj membrani spajaju vodik i kisik te tako proizvode električnu energiju. Goriva ćelija i vjetroelektrana spojeni su u strujni krug pomoću tipkala tako da ih možemo pojedinačno uključiti ili isključiti.

Radi akumuliranja električne energije za vrijeme dok ima puno energije sunca ili vjetra, u strujni krug smo spojili i jedan elektrolitski kondenzator velikog kapaciteta. U slučaju manjka energije sunca ili vjetra, kondenzator može jedno vrijeme nadopunjavati potrebu za električnom energijom.

Primjenu električne energije u modelu ekološke kuće demonstrirali smo pomoću rasvjete i ventilacije. Kao štedljivi oblik rasvjete upotrijebili smo jednu LED-diodu spojenu preko tipkala kako bismo je mogli uključiti ili isključiti.

Kao drugi primjer električnog trošila spojili smo jedan ventilator, također preko tipkala da ga možemo uključivati i isključivati. Radi uštede energije ventilator bi se u ekološkoj kući koristio za pohranjivanje topline u ljetnim mjesecima (kad je imamo previše). Ventilator bi topli zrak iz kuće (ili staklenika na južnoj strani kuće) tjerao u podrum u kojemu bi se tako zagrijavala velika količina okruglog kamenja (okruglog da bi zrak mogao kružiti oko njega). Zimi bi se ventilator vrtio u suprotnom smjeru pa bi se zrak iz vrućeg kamenja koristio za zagrijavanje poda u kući (podno grijanje toplim zrakom). Da bi se toplina zadržala u podrumu do zimskih mjeseci, podrum bi trebao imati jako dobru toplinsku izolaciju.

Smatramo da bi se prema našem modelu mogle izgrađivati prave energetski samostojne ekološke kuće, što bi smanjilo potrebu za izgradnjom različitih vrsta elektrana te pomoglo u očuvanju našeg okoliša.