curs solar

Click here to load reader

Post on 10-Jun-2015

2.406 views

Category:

Documents

2 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

CuprinsCuprins....................................................................................................................................... 1 1. Radia ia solar ........................................................................................................................ 2 1.1. Introducere ...................................................................................................................... 2 1.2. Radia ia solar la nivelul solului ...................................................................................... 3 1.3. Radia ia solar incident pe panourile solare nclinate de pe suprafa a terestr ................. 4 1.4. Msurarea radia iei solare ................................................................................................ 4 1.5. Estrimarea radia iei solare ................................................................................................ 6 2. Celule fotovoltaice.................................................................................................................. 7 2.1. Introducere ...................................................................................................................... 7 2.1.1. Scurt istoric ............................................................................................................... 7 2.1.2. Principiul de func ionare al celulelor fotovoltaice. ..................................................... 7 2.2. Aspecte tehnologice ......................................................................................................... 9 2.2.1. Materiale i tehnologii ............................................................................................... 9 2.2.2. Calculul parametrilor celulelor fotovoltaice ............................................................. 11 2.2.2.a. Calculul eficien ei panourilor fotovoltaice ............................................................ 11 4.2.2.b. Calculul parametrilor electrici ai panourilor fotovoltaice ...................................... 11 2.3. Aspecte economice i de pia ........................................................................................ 14 4.3.1. Actori ...................................................................................................................... 15 3. Solar termic .......................................................................................................................... 16 3.1. Introducere .................................................................................................................... 16 3.1.1. Scurt istoric. ............................................................................................................ 16 3.1.2. Clasificarea instala iilor solare ................................................................................ 17 3.2. Colectorul solar plan ...................................................................................................... 17 3.2.1. Probleme generale ................................................................................................... 17 3.2.2. Bilan ul energetic al captoarelor solare plane........................................................... 19 3.2.3. Sistemul turbosifonic pentru prepararea de ap........................................................ 21 3.3. Sisteme de concentrare a radia iei solare ........................................................................ 22 3.3.1. Sistemele de concentrare a radia iei solare ............................................................... 22 3.3.2. Centrale electrice cu ciclu termodinamic pentru conversia energiei solare ............... 23 Bibliografie .............................................................................................................................. 25

1

1. Radia ia solar1.1. Introducere Fuziunea nuclear solar elibereaz o cantitate impresionant de energie (estimat la 3,47 X 1024 kW). Pmntul i primete, practic, toat energia de la soare sub form de radia ie electromagnetic. Radia ia incident la o distan egal cu distan a medie solar la extremitatea atmosferei pe un plan normal este constanta solar = 1360 W/m2 (1), fiind o func ional de pozi ia orbital a pmntului. Dac Ss este radia ia solar total pe toate frecven ele emise, la o distan R de centrul soarelui, fluxul de radia ie fiind acelai pe toate direc iile. Se poate defini un flux de radia ie la distan a R fa de soare Q(R).

Q( R) =

SS (1) 4 R2

Radia ia incident pe o planet sferic nu este egal cu constanta solar a planetei. Pmntul intercepteaz de la soare un disc de radia ie cu aria r 2 , unde r este raza pmntului. Cum suprafa pmntului este egal cu 4 r 2 , cantitatea medie de energie pe unitate este egal cu:

r 2 Q( R) Q( R) = (2) 4 4 r 2Cantitatea medie de cldur pe unitatea de suprafa terestr este1360 W = 340 2 . 4 m Obs. Calculele de mai sus sunt valabile dac pmntul este perfect sferic, fr atmosfer, iar orbita lui este perfect sferic.

La nivelul Pmntului, absorb ia radia iei solare vizibile pe unde scurte este echilibrat de emisia de radia ie infraroie, unde lungi. Calculul de emisie i absorb iei de radia ie de ctre pmnt duce la o temperatur a corpului de 255 K. Diferen a de aproximativ 30 K pn la temperatura medie a suprafe ei terestre este dat de efectul de ser (2). Radia ia electromagnetic solar cltorete cu viteza luminii c, distan a ntre soare i pmnt fiind strbtut n aproximativ 8 minute. Legtura ntre lungimea de und i frecven a este legat de viteza luminii:

c = (3)Energia undelor electromagnetice este dat de real ia 4:

E = h (4)n rela ia 4, h este constanta universal a lui Plank h = 6,626 X 10-34 Js. Radia ia solar are spectrul de la unde lungi (infraroii) pn la unde scurte (ultraviolete) i este echivalent unui corp negru la temperatura de 5800 K, ca n Figura 1.

2

Figura 1.1. Spectrul solar. 1.2. Radia ia solar la nivelul solului Cnd radia ia solar intr n atmosfer, o parte din energia ei este consumat prin mprtiere i alta prin absorb ie. Partea din radia ie mprtiat n atmosfer se numete radia ie solar difuz. O parte din radia ia difuz se rentoarce n mediul extraterestru, iar cealalt parte ajunge la nivelul solului. Radia ia solar care ajunge direct de la discul solar pe suprafa a terestr se numete radia ie solar direct. Cantitatea total de energie transmis, pe toate lungimile de und, prin radia ie direct sau difuz, la nivelul solului, se numete radia ie solar global. Figura 2. prezint schematic componentele radia iei solare (3).

Figura 1.2. Componentele radia iei solare la nivelul solului.

3

1.3. Radia ia solar incident pe panourile solare nclinate de pe suprafa a terestr terestr Pentru a mri cantitatea de energie pe care o recep ioneaz marea majoritate a instala iilor solare, ri ele nu sunt aezate orizontal, ci pe un plan nclinat. Unghiul optim pentru aezarea panourilor ezate aezarea solare este de cele mai multe ori egal cu latitudinea la care este aezat instala ia solar, iar a orientarea este spre Sud. Pentru c panourile care nu sunt aezate orizontal, pe lng radia ia solar direct i cea difuz a direct mai poate aprea o component a radia iei solare, cea reflectat de sol (precum n figura 3) .

Figura 1.3. Radia ia solar direct difuz sau reflectat de pmnt pe un panou nclinat. direct, mnt 1.4. Msurarea radia iei solare Daryl R. Myers face o prezentare a echipamentelor i procedurilor de msur pentru iradierea sur solar direct, difuz i global, precum i a modelelor pentru analiza datelor achizi ionate (4). , i Lester sa. prezint o metod pentru mbunt irea calit ii msurtorilor radia iei solare (5). mbun Radia ia solar global poate fi estimat conform rela iei 7: estimat I = I b cos z + I d (7) n rela ia 7 I este iradierea global, Ib este iradierea direct, z este unghiul de inciden al global radia iei pe panou, iar Id este iradierea difuz. Se observ c prin cunoaterea a dou componente difuz terea dou cea de-a treia se poate calcula. 3.4.1. Msurarea radia iei solare directe. Un pirheliometru este un aparat pentru msurarea radia iei solare directe. Acest tip de n m instrumente trebuie s fie orientate astfel nct s urmreasc micarea soarelui. n Figura 4 este s carea prezentat un pirheliometru pentru m msurarea radia iei directe pe toate lungimile de und und. Figura 4 prezint un pyroheliometru, iar Figura 5 prezint un instrument de urmrire a loca iei urm soarelui (6). 4

Figura1.4. Pyrheliometrul CH 1 NIP produs de firma Kipp & Zonen, pentru msurarea radia iei directe cu frecven e ntre 200 i 4000 de nm.

Figura 1.5. Instrumentul de urmrire a soarelui 2 AP al firmei Kipp & Zonen . 3.4.2. Msurarea radia iei solare globale i difuze. Piranometrul este aparatul care msoar radia ia solar direct i difuz pe o ntreaga semisfer. De obicei semisfera este chiar domul ceresc, dar aparatele pot fi folosite i n pozi ie nclinat dac se dorete i msurarea radia iei reflectate de sol. Figura 6 prezint un pyranometru pentru msurarea radia iei globale, pe toate lungimile de und, produs de compania Eppley Laboratory (7).

5

Figura 1.6. Piranometrul PSP pentru msurarea radia ie globale, produs de compania Eppley Laboratory. Pentru msurarea radia iei solare difuze se folosesc piranometre i instrumente de obturare a vederii directe ctre soare precum cele din figurile 5 i 6. 1.5. Estrimarea radia iei solare Estimarea are ca scop ob inerea unei func ii de distribu ie statistic n scopul dimensionrii instala iilor solare. Pentru exemplificare, n figura 7 se prezint rezultatele modelrii iradierii globale la sta ia Sakarya (Turcia) ob inute prin metode neuronale (8).

Figura 7. Iradierea solar global medie la sta ia de msur Sakarya.

6

2. Celule fotovoltaice2.1. Introducere 2.1.1. Scurt istoric n cele ce urmeaz vor fi prezentate principalele date legate de dezvoltarea domeniului: n 1839 Alexandre