| Energia solara |
Energia solara
De milioane de ani, Soarele este cel mai important furnizor de energie pe Terra. Soarele este o sfera cu raza de 695.000 km, cu o densitate medie de 1400 kg/mc. Masa lui reprezinta 98,85% din masa totala a sistemului solar. Elementele care predomina in masa Soarelui sunt hidrogenul si heliul. In interiorul Soarelui au loc reactii nucleare: hidrogenul se transforma in heliu eliberand 4 milioane de tone energie-masa pe secunda. Ca urmare a acestor reactii temperatura din interior atinge valori de 20x106 K, iar la suprafata, temperatura ajunge la 5.762 K. Din punct de vedere energetic, partea cea mai importanta a energiei solare din afara atmosferei se gaseste in intervalul spectral 0,20-0.30 um. In acest interval emite aproximativ 97% din energia totala.Diferenta de 3% este emisa in banda cuprinsa intre 1010 si 103 m. Soarele trimite in spatiu o cantitate enorma de energie, din care Pamantul primeste anual circa 2,8x1021 KJ.
Are un potential energetic urias, astfel incat daca s-ar acoperi a mia parte din suprafata Terrei cu captatori avand un randament de 5%, s-ar obtine aproximativ 60 miliarde de kWh intr-o singura ora. Soarele furnizeaza Terrei o cantitate de energie superioara celei pe care intreg globul o consuma in timp de un an. in conditiile expunerii directe, in atmosfera Pamantului ajung 1000 W/ mp, fata de 1.350 W/mp in stratosfera. intr-un singur an pe intreg mapamondul ajung 170 miliarde MWh, adica de 20.000 de ori energia necesara intregii populatii a globului. Este important de stiut ca energia solara care ajunge pe Terra intr-o singura zi, aproximativ 0,5 miliarde MWh, poate acoperi nevoile globale de energie pe o perioada de 180 de ani!
Energia solara poate fi utilizata pintr-o multitudine de procedee naturale sau artificiale: prin fotosinteza realizata de plante, care captureaza energia solara si o folosesc la conversia chimica a bioxidului de carbon din aer in oxigen si compusi redusi al carbonului; prin incalzire directa; prin energie stocata in petrol si in alti combustibili fosili - proveniti inital tot din energia solara (prin fotosinteza in trecutul indepartat) si de cateva decenii,prin conversie directa realizata cu panouri soare fotovoltaice si conversie indirecta cu ajutorul panourilor solare termice.
Notiunea de \"energie solara\" se refera la energia care este produsa direct prin transferul energiei luminoase radiate de Soare. Aceasta poate fi folosita ca sa genereze energia electrica si termica necesara pentru diferite utilitati, de regula pentru climatizarea aerului din interiorul unor cladiri. Energia solara este gratuita, regenerabila, nepoluanta, practic inepuizabila, dispersa si usor de produs. Neajunsul cel mai important este ca energia oferita de Soare nu este constanta pe tot globul si, in plus, datorita alternantei zi-noapte, lumina solara nu poate fi folosita la generarea electricitatii decat pentru un timp limitat in fiecare zi. Pe de alta parte, energia solara nu prezinta nici un dezavantaj deoarece instalatiile solare aduc beneficii din toate punctele de vedere.
Energia solara este convertita in energie electrica si termica prin intermediul panourilor solare fotovoltaice si panourilor solare termice.
Panourile solare montate in tarile europene capteaza, in medie, energie solara timp de 9 ore pe zi. In alte zone ale lumii, cum sunt zonele desertice africane sau asiatice durata medie este mult mai mare.
In intervaul in care sunt expuse radiatiilor solare,l instalatiile solare produc energie electrica si in acelasi timp o inmagazineaza in sistemele de baterii pentru a fi folosita cand potentialul de captare este scazut. Instalatiile solare sunt de 2 tipuri: fotovoltaice si termice.
Cele fotovoltaice produc energie electrica gratis. Cele termice ajuta la economisirea gazului in proportie de 75% pe an. O casa care are la dispozitie ambele instalatii solare (cu panouri fotovoltaice si cu panouri termice) este considerata \"fara facturi\", adica cu \"bilant energetic pozitiv\" deoarece energia acumulata ziua in baterii este trimisa in sistemul energetic la care este racordata instalatia solara.
Panourile solare fotovoltaice si panourile solare termice functioneaza chiar si atunci cand cerul este innorat. De asemenea sunt robuste, rezistente la radiatii si intemperii, la umiditate, la atingeri cu componente conducatoare de electricitate. Sistemele solare nu consuma nici un fel de combustibili fosili; usor de pozitionat si instalat; sunt ieftine in exploatare, nu prezinta pericol de foc, de explozie etc; total nepoluante, nu emit noxe, nu produc reziduuri; cuplate cu un sistem de incalzire ce foloseste energie conventionala, pentru continuitatea functionarii, indiferent de vreme, prelungesc indirect viata echipamentelor prin preluarea functiilor sistemului. Acest tip de \"energie curata\", gratuita si nepoluanta, poate fi folosita de catre om pentru producerea de energie electrica, producerea de apa calda menajera de consum, incalzirea sau racirea cladirilor mari, incalzirea piscinelor, pentru aplicatii industriale si agricole etc.
Panouri solare termice
Spre deosebire de panourile solare fotovoltaice, panourile solare termice (cunoscute si sub denumirile de captatoare solare si colectoare solare) sunt instalatii ce colecteaza energia continuta in razele solare si o transforma in energie termica. Deoarece aproape intreg spectrul radiatiei solare este utilizat pentru producerea de energie termica, randamentul acestor panouri este mult mai ridicat.
Din punct de vedere functional, componenta principala a panoului solar este elementul absorbant (absorber) care transforma energia razelor solare in energie termica si o cedeaza unui agent termic (apa, antigel). Cu ajutorul acestui absorbant, energia este preluata de la panou si fie este stocata, fie este utilizata direct (de exemplu, sub forma de apa calda menajera).
Pentru a reduce pierderile inevitabile, este nevoie de o separare termica a elementului absorbant de mediul inconjurator. in functie de tehnica utilizata in acest scop deosebim: panouri ce utilizeaza materiale izolatoare obisnuite; panouri in care izolarea termica se realizeaza cu ajutorul vidului, dar au o tehnologie de fabricatie costisitoare; panouri ce se bazeaza pe tehnici simple folosite la incalzirea bazinelor de inot.
Panouri solare termice plate
in principiu, un panou solar plat are o carcasa metalica de forma dreptunghiulara in care se afla montate celelalte elemente. Printr-un geam de sticla, razele solare cad pe o suprafata care absoarbe aproape intregul domeniu spectral al acestora. Energia calorica rezultata nu se pierde, panoul fiind izolat termic in toate partile. Caldura de convectie spre exterior este limitata de unul sau mai multe geamuri. La panourile cu vacuum, aceasta este retinuta in interiorul panoului, echilibrul termic conducand la o temperatura mai inalta decat in situatia fara geam. Acest efect este cunoscut sub numele de efect de sera. La panourile solare moderne se utilizeaza sticla speciala, cu un continut cat mic posibil de fier si cu rezistenta marita la grindina si incarcare cu zapada. Elementul absorbant, mai ales la panourile cu vid, poate prezenta o selectivitate fata de lungimea de unda, astfel incat, pe de o parte, sa absoarba o gama cat mai larga de radiatie solara si, pe de alta parte, sa aiba o emisie cat mai redusa in domeniul de infrarosu apropiat, pentru a diminua emisia de caldura. in regiunile cu pericol de inghet mai mare, se apeleaza totusi, de regula, la circuite separate. Circuitul primar, cel al panoului contine un lichid rezistent la inghet (antigel). Din circuitul primar caldura este transferata prin intermediul unui schimbator de caldura a apei din circuitul secundar, cel al utilizatorului.
Panouri solare termice cu tuburi vidate
Panourile cu tuburi vidate se compun din tuburi paralele in spatele carora se afla reflectoare pentru concentrarea radiatiei solare. Tuburile vidate se compun din doua sticle concentrice intre care este vid. Tubul din interior este inconjurat de o suprafata absorbanta de care este atasat un tub de cupru prin care circula un agent termic. Vidul dintre tuburi reduce la minimum pierderile de caldura prin convectie si con-ductie, permitand obtinerea de performante superioare (randament si temperatura mai mari). Datorita temperaturilor mai mari instalatia de incalzire poate necesita elemente speciale pentru eliminarea pericolului supraincalzirii. Tehnologia utilizata la fabricarea acestui tip de panou este asemanatoare celei de la centralele termice cu jgheaburi parabolice.
Elementul absorbant trebuie sa capteze cat mai bine radiatia solara, atat cea directa cat si cea difuza si sa o transforme in caldura. Pentru a reduce la minimum pierderile de energie se acopera partea absorbanta cu un strat foarte selectiv. Una din primele acoperiri a fost cu crom. Actualmente cel mai extins procedeu este cel de depunere in atmosfera de gaz inert a unui strat de titan de culoare albastra (procedeul PDV).Pe langa materialul de acoperire utilizat, marii producatorii se disting si prin forma de realizare a partii absorbante. Frecvente sunt solutiile ce utilizeaza o placa metalica ce acopera suprafata interioara a panoului. in acest caz conducta e sudata in forma de harfa sau serpentina pe spatele placii. Pe langa aceasta exista constructii pe baza de benzi de circa 10-15 cm latime pe reversul carora se afla cate o conducta colectoare. 0 a treia forma este asemanatoare unei perne, pe spatele placii absorbante, fiind sudata la a doua placa - formata prin stantare. Agentul termic circula printre cele doua placi.
Panouri solare fotovoltaice
Spre deosebire de panourile solare termice, panourile solare fotovoltaice transforma energia luminoasa din razele solare direct in energie electrica. Componentele principale ale panoului solar fotovoltaic sunt celulele solare care convertesc lumina soarelui direct in energie electrica. Prin anii 70 celulele solare erau adesea folosite pentru alimentarea calculatoarelor personale si ceasurilor digitale. Celulele solare sunt fabricate din materiale semiconductoare, similare cu cele utilizate la microprocesoare. Cand lumina este absorbita de semiconductoare, energia solara este descompusa in atomi, iar fluxul de electroni produce electricitate. Acest proces de conversie a luminii in energie electrica se numeste efect fotovoltaic.
Se cunosc diferite variante tehnologice de panouri solare fotovoltaice. in momentul de fata constructia modelului cel mai raspandit cuprinde: un geam de protectie (de cele mai multe ori securizat monostrat) pe fata expusa la soare; un strat transparent din material plastic (etilen vinii acetat sau cauciuc siliconic) in care se fixeaza celulele solare; celule solare monocristaline sau policristaline conectate intre ele prin benzi de cositor; o folie stratificata din material plastic rezistenta la intemperii pentru caserarea fetei posterioare din fluorura de poliviniliden (tedlar) si polyester; priza de conectare prevazuta cu dioda de protectie si racord de legatura; o rama de profil din aluminiu pentru protejarea geamului la transport, manipulare si montare, pentru fixarea si rigidizarea legaturilor.
Panourile si instalatiile fotovoltaice pot oferi avantaje multiple. Pot fi folosite in alimentarea cu energie electrica a cladirilor civile, spitalelor, scolilor, salilor de sport, in iluminatul zenital, la climatizarea de confort cu terminale de tip ventilo-convector, protejarea fatadelor si inchiderea trapelor, chepengurilor si luminatoarelor, alimentarea sistemelor de evacuarea fumului, incinerarea resturilor organice menajere etc. De asemenea permit o larga autonomie pentru diverse aplicatii mobile, cum ar fi sistemele de calcul si aparatele de masura, in zonele rurale lipsite de electricitate, panourile solare fotovoltaice alimenteaza pompele hidraulice intr-o maniera fiabila si ecologica, precum si instalatiile de telecomunicatii si iluminat. De asemenea pot fi folosite la refrigerarea medicamentelor si alimentelor.
Eticheteinstalatiilor operatorul distributie tehnic retea putere electrice solare producere instalatiei consum tensiune pamant reteaua curent racordare realizarea energie electrica energiei
in principiu, un panou solar plat are o carcasa metalica de forma dreptunghiulara in care se afla montate celelalte elemente. Printr-un geam de sticla, razele solare cad pe o suprafata care absoarbe aproape intregul domeniu spectral al acestora. Energia calorica rezultata nu se pierde, panoul fiind izolat termic in toate partile. Caldura de convectie spre exterior este limitata de unul sau mai multe geamuri. La panourile cu vacuum, aceasta este retinuta in interiorul panoului, echilibrul termic conducand la o temperatura mai inalta decat in situatia fara geam. Acest efect este cunoscut sub numele de efect de sera. La panourile solare moderne se utilizeaza sticla speciala, cu un continut cat mic posibil de fier si cu rezistenta marita la grindina si incarcare cu zapada. Elementul absorbant, mai ales la panourile cu vid, poate prezenta o selectivitate fata de lungimea de unda, astfel incat, pe de o parte, sa absoarba o gama cat mai larga de radiatie solara si, pe de alta parte, sa aiba o emisie cat mai redusa in domeniul de infrarosu apropiat, pentru a diminua emisia de caldura. in regiunile cu pericol de inghet mai mare, se apeleaza totusi, de regula, la circuite separate. Circuitul primar, cel al panoului contine un lichid rezistent la inghet (antigel). Din circuitul primar caldura este transferata prin intermediul unui schimbator de caldura a apei din circuitul secundar, cel al utilizatorului.
Panourile cu tuburi vidate se compun din tuburi paralele in spatele carora se afla reflectoare pentru concentrarea radiatiei solare. Tuburile vidate se compun din doua sticle concentrice intre care este vid. Tubul din interior este inconjurat de o suprafata absorbanta de care este atasat un tub de cupru prin care circula un agent termic. Vidul dintre tuburi reduce la minimum pierderile de caldura prin convectie si con-ductie, permitand obtinerea de performante superioare (randament si temperatura mai mari). Datorita temperaturilor mai mari instalatia de incalzire poate necesita elemente speciale pentru eliminarea pericolului supraincalzirii. Tehnologia utilizata la fabricarea acestui tip de panou este asemanatoare celei de la centralele termice cu jgheaburi parabolice.
Elementul absorbant trebuie sa capteze cat mai bine radiatia solara, atat cea directa cat si cea difuza si sa o transforme in caldura. Pentru a reduce la minimum pierderile de energie se acopera partea absorbanta cu un strat foarte selectiv. Una din primele acoperiri a fost cu crom. Actualmente cel mai extins procedeu este cel de depunere in atmosfera de gaz inert a unui strat de titan de culoare albastra (procedeul PDV).Pe langa materialul de acoperire utilizat, marii producatorii se disting si prin forma de realizare a partii absorbante. Frecvente sunt solutiile ce utilizeaza o placa metalica ce acopera suprafata interioara a panoului. in acest caz conducta e sudata in forma de harfa sau serpentina pe spatele placii. Pe langa aceasta exista constructii pe baza de benzi de circa 10-15 cm latime pe reversul carora se afla cate o conducta colectoare. 0 a treia forma este asemanatoare unei perne, pe spatele placii absorbante, fiind sudata la a doua placa - formata prin stantare. Agentul termic circula printre cele doua placi.
Spre deosebire de panourile solare termice, panourile solare fotovoltaice transforma energia luminoasa din razele solare direct in energie electrica. Componentele principale ale panoului solar fotovoltaic sunt celulele solare care convertesc lumina soarelui direct in energie electrica. Prin anii 70 celulele solare erau adesea folosite pentru alimentarea calculatoarelor personale si ceasurilor digitale. Celulele solare sunt fabricate din materiale semiconductoare, similare cu cele utilizate la microprocesoare. Cand lumina este absorbita de semiconductoare, energia solara este descompusa in atomi, iar fluxul de electroni produce electricitate. Acest proces de conversie a luminii in energie electrica se numeste efect fotovoltaic.
Se cunosc diferite variante tehnologice de panouri solare fotovoltaice. in momentul de fata constructia modelului cel mai raspandit cuprinde: un geam de protectie (de cele mai multe ori securizat monostrat) pe fata expusa la soare; un strat transparent din material plastic (etilen vinii acetat sau cauciuc siliconic) in care se fixeaza celulele solare; celule solare monocristaline sau policristaline conectate intre ele prin benzi de cositor; o folie stratificata din material plastic rezistenta la intemperii pentru caserarea fetei posterioare din fluorura de poliviniliden (tedlar) si polyester; priza de conectare prevazuta cu dioda de protectie si racord de legatura; o rama de profil din aluminiu pentru protejarea geamului la transport, manipulare si montare, pentru fixarea si rigidizarea legaturilor.
Panourile si instalatiile fotovoltaice pot oferi avantaje multiple. Pot fi folosite in alimentarea cu energie electrica a cladirilor civile, spitalelor, scolilor, salilor de sport, in iluminatul zenital, la climatizarea de confort cu terminale de tip ventilo-convector, protejarea fatadelor si inchiderea trapelor, chepengurilor si luminatoarelor, alimentarea sistemelor de evacuarea fumului, incinerarea resturilor organice menajere etc. De asemenea permit o larga autonomie pentru diverse aplicatii mobile, cum ar fi sistemele de calcul si aparatele de masura, in zonele rurale lipsite de electricitate, panourile solare fotovoltaice alimenteaza pompele hidraulice intr-o maniera fiabila si ecologica, precum si instalatiile de telecomunicatii si iluminat. De asemenea pot fi folosite la refrigerarea medicamentelor si alimentelor. |
|
