disertatie schintee

of 47/47
Energii regenerabile. Energia solară un beneficiu pentr Cuprins 1. Introducere - Surse de energie regenerabil . ă ................................. 1.1. Condii energetice actuale care impun utilizarea energiilor ţ regenerabile.......................................................... 1.2. Tipuri de energii regenerabile................................... 1.3. Demersuri pe plan mondial cu privire la folosirea surselor de energie neconven ionale ţ ................................................. 2. Energia solar . Dispozitive de captare a energiei solare ă .......................6 2.1. Ponderea produc iei de energie prin conversia energiei solare în ţ România............................................................... 2.2. Panourile solare................................................. 2.2.1. Fabricarea panoului solar.................................... 2.2.2. Verificarea calit ii panourilor solare ăţ ................................. 2.3. Celule fotovoltaice.............................................. 2.3.1. Principiu de func ionare al celulelor fotovoltaice ţ .....................13 2.3.2. Fabricarea celulelor fotovoltaice............................ 2.4. Caracteristicile celulelor fotovoltaice.......................... 2.4.1. Caracteristicile unui sistem fotovoltaic..................... 2.4.2. Utilizarea panourilor fotovoltaice .......................... 3. Proiectare sisteme solare. Aplica ii ale sistemelor solare ţ ....................24 3.1. Dimensionarea unei instala ii foto-electrice: factori ţ ......................24 3.2. Stocarea energiei solare......................................... 3.3. Aplica ii ale sistemelor solare ţ .......................................... 3.4. Evolu ia sistemelor fotovoltaice in România. ţ .............................. 3.5. Sisteme solare - pre uri, amortizarea investi iilor ţ ţ .......................... 4. Analiza SWOT a sistemelor ce capteaz energia solar ă ă.......................39 5. Observa ii şi concluzii ţ ................................................... Bibliografie........................................................... 1. Introducere - Surse de energie regenerabilă. 1.1. Condiţii energetice actuale care impun utilizarea energiilor r Unul din efectele dezvoltării tehnologice a întregii societă este creşterea tot mai pronunţată a consumurilor de energie, dar ing. Schintee Ion Lucrare de diserta ie ţ 1/47

Post on 22-Jul-2015

213 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

Cuprins

1. Introducere - Surse de energie regenerabil.........................................1 1.1. Condiii energetice actuale care impun utilizarea energiilor regenerabile..........................................................................................1 1.2. Tipuri de energii regenerabile.........................................................3 1.3. Demersuri pe plan mondial cu privire la folosirea surselor de energie neconvenionale........................................................................4 2. Energia solar. Dispozitive de captare a energiei solare.......................6 2.1. Ponderea produciei de energie prin conversia energiei solare n Romnia................................................................................................8 2.2. Panourile solare............................................................................11 2.2.1. Fabricarea panoului solar........................................................11 2.2.2. Verificarea calitii panourilor solare.......................................12 2.3. Celule fotovoltaice........................................................................13 2.3.1. Principiu de funcionare al celulelor fotovoltaice.....................13 2.3.2. Fabricarea celulelor fotovoltaice.............................................15 2.4. Caracteristicile celulelor fotovoltaice.............................................16 2.4.1. Caracteristicile unui sistem fotovoltaic....................................21 2.4.2. Utilizarea panourilor fotovoltaice ...........................................22 3. Proiectare sisteme solare. Aplicaii ale sistemelor solare....................24 3.1. Dimensionarea unei instalaii foto-electrice: factori......................24 3.2. Stocarea energiei solare...............................................................27 3.3. Aplicaii ale sistemelor solare........................................................30 3.4. Evoluia sistemelor fotovoltaice in Romnia..................................34 3.5. Sisteme solare - preuri, amortizarea investiiilor..........................38 4. Analiza SWOT a sistemelor ce capteaz energia solar.......................39 5. Observaii i concluzii.........................................................................44 Bibliografie..............................................................................................46

1. Introducere - Surse de energie regenerabil.1.1. Condiii energetice actuale care impun utilizarea energiilor regenerabileUnul din efectele dezvoltrii tehnologice a ntregii societi umane, din ultimul secol, este creterea tot mai pronunat a consumurilor de energie, dar i dependena tot mai

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 1/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

accentuat a omenirii, de consumul combustibililor fosili, n special produse petroliere, gaze naturale i crbuni. n tabelul 1.1 este prezentat perioada estimat pan la epuizare. Tabelul 1.1. perioada estimat pan la epuizare. Perioada estimat pn la epuizare (ani). ASPO 2005 Petrol 45 Gaze naturale 66 Crbune 206 Uraniu 35 100 Analiznd aceste estimri, se observ c timpul extrem de scurt, rmas pn la epuizarea resurselor existente, cel puin n cazul petrolului i a gazelor naturale, impune gsirea unor soluii rapide i eficiente de nlocuire a energiei care se va putea produce pn atunci cu ajutorul acestor combustibili. Aceste soluii sunt cu att mai necesare cu ct consumurile de energie ale economiei mondiale sunt n continu cretere i nu se estimeaz o reducere a acestor consumuri n viitorul apropiat. Pentru rezolvarea acestei probleme, singura soluie previzibil este reprezentat de utilizarea energiilor regenerabile. O alt problem major a producerii energiei din combustibili convenionali, este reprezentat de nivelul ridicat al emisiilor de CO2, datorate proceselor de producere a energiei. Aceste emisii contribuie la accentuarea efectului de ser i la accelerarea modificrilor climatice conexe acestui fenomen. n figura. 1.1 este reprezentat diagrama nivelelor acestor emisii.

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 2/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

Este evident c modificrile climatice din ultimii ani, caracterizati printr-un nivel crescut al emisiilor de CO2, au produs mult mai multe pagube dect n perioadele caracterizate de un nivel mult mai redus al polurii. Chiar dac nu demonstreaz c emisiile de CO2 sunt responsabile de nivelul ridicat al pagubelor datorate modificrilor climatice, cele dou grafice sugereaz c este foarte posibil s existe o corelaie ntre nivelul ridicat al emisiilor de CO2 i modificrile climatice, cu impact negativ asupra mediului. Una din cele mai eficiente soluii pentru reducerea nivelului emisiilor de CO2, l reprezint utilizarea energiilor regenerabile, caracterizate printr-un nivel extrem de redus al acestor emisii.

1.2. Tipuri de energii regenerabile

Cele mai utilizate forme de energie regenerabil sunt prezentate n continuare:

Fig. 1.2.Energia solar

Fig.1.3 Energia geotermal

Fig.1.5. Energia apei

Fig.1.4. Energia eolian

Cteva dintre avantajele utilizrii energiilor regenerabile sunt urmtoarele:

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 3/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

Sunt ecologice Nu genereaz emisii de CO2 Sunt disponibile n cantiti teoretic nelimitate Pot fi utilizate local Reprezint soluii pentru toate nevoile. Primele utilizri ale energiei solare, prin captare sunt legate de antichitate. Este suficient s amintim c efectul de ser"a fost descoperit i folosit de vechii egipteni, c Heron din Alexandria a construit un dispozitiv pentru pomparea apei care folosea c surs primar energia solar i c celebra incendiere a flotei romane de ctre Arhimede din Syracuza a fost subiect de discuii i comentarii dealungul timpului, ntruct se spune c a utilizat oglinzi pentru a reflecta razele Soarelui spre aceste corbii cu pnze. Puterea furnizat de Soare depinde de felul activitii Soarelui nsui, de latitudinea geografic, de altitudinea locului, de nebulozitate, de umiditatea atmosferic, de numrul orelor de insolaie, de poluarea atmosferic ,ntr-un cuvnt, de un ansamblu de condiii geografice i meteorologice, care fie c nu pot fi schimbate, fie c scap controlului nostru. n plus, energia solar este difuz si discontinu (zi,noapte,vara,iarna) i extrem de capricioas, aa c detractorii ei au destule argumente convingtoare pentru a combate utilizarea ei. Aceste nsuiri ale energiei solare, au fcut ca omenirea, confruntat cu o criza energetic serioas, s se ntoarc la sursele primare, s reconsidere utilizrile posibile i rentabile ale energiei solare. Soarele este una dintre miliardele de stele, de mrime mijlocie, sursa de energie a tuturor fiinelor vii de pe ntregul Pmnt. Omul utilizeaz ntr-o aa msur combustibilul pe baz de materie fosilizat (petrol i crbune) nct rezervele se vor epuiza n a doua parte a secolului urmtor.

1.3. Demersuri pe plan mondial cu privire la folosirea surselor de energie neconvenionaleSocietatea Internaional de Energie Solar (ISES) cu 35.000 de membrii din peste o sut de ri, pledeaz pentru folosirea energiei solare nc din 1954. De-a lungul anilor, membrii acestei organizaii au inventat tehnologii nucleare foarte eficiente pentru nlocuirea combustibililor.

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 4/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

ISES a iniializat aa-numitul program "colile solare - un viitor strlucit". Programul ncearc s arate studenilor importana folosirii i descoperirii de noi metode prin care are loc nlocuirea resurselor convenionale cu cele neconvenionale. n astfel de coli sunt folosite acele sisteme solare nu numai pentru a reduce costurile de energie, ci i pentru a salva planeta. Pentru asigurarea armoniei dintre climatul din interiorul cldirilor i mediul exterior s-a procedat la elaborarea unor acte normative valabile att pe plan naional, ct i internaional. Sau creat dou mari categorii de acte comunitare ce conin restricii, pentru punerea de acord a conceptelor statelor membre ale CEE i anume: regulamente comunitare (comune) i directive (norme) cu caracter naional, cu posibiliti de extindere i n rile cooperante. Problema esenial n realizarea normelor i directivelor viznd armonizarea legturii construcie-mediu o constituie obinerea unei ct mai mici poluri a mediului ambiant, care este mult mai sczut dect n cazul folosirii energiilor primare, ct i natura materialelor pentru construcii i instalaii. Aceste norme i reglementri, dei elaborate sunt ntr-o continu mbuntire viznd, n principal, ca msuri: economia de energie, reducerea poluanilor sub normele admise, eliminarea pericolului de incendiu, securitatea n exploatare, etc. Pe plan mondial, trebuie menionat c, din anii '40, rile avansate au luat n studiu utilizarea surselor de energie regenerabil pentru acoperirea necesitilor gospodreti i chiar industriale. SUA se numr printre primele ri care au fcut studii privind utilizarea energiei solare pentru nclzire, climatizare i prepararea apei calde de consum, precum i a energiei vntului pentru producerea de energie electric. Dup anii '70, toate rile industrializate au trecut la cercetri legate de utilizarea altor surse de energie n afara celor clasice. Referitor la ara noastr, este de artat c, dintre sursele de energie regenerabile, energia solar ar putea fi studiat cu scopul producerii de energie termic pentru prepararea apei calde de consum n perioada cald. La Cmpina, exist, de exemplu, case solare. De aceea, este deosebit de atractiv ideea utilizrii energiei solare n scopul nclzirii locuinelor i se pare c acesta va fi unul dintre cele mai largi domenii de aplicaie a energiei solare n urmtorul secol. Tehnologia echipamentului pentru instalaiile solare de nclzire a cldirilor este deja destul de bine pus la punct ntr-o serie de ri ca Japonia, S.U.A., Australia, Israel, Rusia, Frana, Canada i Germania.

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 5/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

2. Energia solar. Dispozitive de captare a energiei solareEnergia solar const n radiaii calorice, luminoase, radio sau de alt natur emise de soare. Este practic inepuizabil i reprezint cea mai curat form de energie de pe pmnt; cantitile uriae disponibile stau la baza a aproape tuturor proceselor naturale de pe planet. Energia total capt de scoara terestr este de 720 x 106 TWh/an, disponibilitatea acestei energii depinznd de cilclul zi/ noapte, de latitudinea zonei unde este captat, anotimpuri, nebulozitate. Energia solar termic presupune producerea de ap cald menajer i agent pentru nclzire. Producerea energiei electrice prin conversia energiei solare termice prezint randamente sub 15%. Apele de suprafa ale oceanelor n zonele tropicale, natural nclzite de soare reprezint un imens rezervor de energie. Proiectele de "extracie a acestei energii termice a mrilor" au la baz acionarea unor instalaii termotehnice, care genereaz lucru mecanic ca urmare a diferenei de temperatur dintre cele dou straturi de ap (de suprafa 25 - 30 C i de adncime 5C). Energia solar fotovoltaic se bazeaz pe producerea direct de electricitate prin intermediul celulelor de siliciu. Soarele furnizeaz n medie o putere de 1kW/m2 . Panourile fotovoltaice permit conversia doar a 10 - 15% din aceast putere, producia de energie electric a unui panou de suprafa unitar variind cu creterea sau scderea intensitii solare: 100kW/m2 i an n Europa de Nord iar n zona mediteranean este mult mai mare. Intensitatea energiei solare n orice punct de pe Pmnt depinde ntr-un mod complicat, dar previzibil, de ziua anului, de or, de latitudinea punctului. Chiar mai mult, cantitatea de energie solar care poate fi absorbit depinde de orientarea obiectului ce o absoarbe. n figura.2.1 observm procedeele de utilizare a energiei solare.

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 6/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

Fig. 2.1 Utilizarea energiei solare Captarea direct a energiei solare presupune mijloace artificiale, numite colectori solari, care sunt proiectai s capteze energia, uneori prin focalizarea direct a razelor solare. Energia, odat captat, este folosit n procese termice, fotoelectrice sau fotovoltaice. n procesele termice, energia solar este folosit pentru a nclzi un gaz sau un lichid, care apoi este nmagazinat sau distribuit. n procesele fotovoltaice, energia solar este transformat direct n energie electric, fr a folosi dispozitive mecanice intermediare. n procesele fotoelectrice, sunt folosite oglinzile sau lentilele care capteaz razele solare ntr-un receptor, unde cldura solar este transferat ntr-un fluid care pune n funciune un sistem de conversie a energiei electrice convenionale. Energia solar fotovoltaic se bazeaz pe producerea direct de electricitate prin intermediul celulelor cu siliciu. Atunci cnd strlucete i atunci cnd condiiile climatice sunt favorabile, soarele furnizeaz o putere de 1 KW/mp. Panourile fotovoltaice, figura 2.2. permit convertirea direct n electricitate a 10 -15% din aceast putere. Producia de energie a unui astfel de panou variaz odat cu creterea sau scderea intensitii solare: 100 kWh/mp/an n Europa de Nord, iar n zona mediteranean este de dou ori mai mare. Un acoperi fotovoltaic de 5x4 metri are o putere de 3kW i produce 2 - 6 MWh/an.

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 7/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

Fig.2.2 Panouri fotovoltaice Principalele obstacole n utilizarea pe scara larg a energiei solare fotovoltaice (i termice) le reprezint, pe de o parte disponibilul de putere furnizat, care constrnge la stocarea electricitii pentru o funcionare autonom sau la utilizarea de soluii energetice complementare, iar pe de alt parte competitivitatea economic.

2.1. Ponderea produciei de energie prin conversia energiei solare n RomniaEnergia solar are o pondere redus n producia de energie a Romniei, putndu-se spune c n prezent ea este reprezentat la nivel experimental. Potrivit datelor furnizate de Agenia Romn pentru Conservarea Energiei (ARCE) este indicat pentru anul 2010 o pondere a energiei solare estimate la 7500 tep (tone echivalent petrol), iar pentru 2015 la 17000 tep, din care solar termic 7340 tep , respectiv 16000 tep i solar electric 160 tep, respectiv 1000 tep. n figura 2.3. este reprezentat diagrama mediilor din 5 n 5 ani pentru conservarea energiei (ARCE), din perioada (2005-2015).

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 8/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

Fig. 2.3. Diagrama pentru conservarea energiei (ARCE) Potenialul energetic al Romniei, care rezult din cantitatea de energie solar, este evaluat la 1000 kW/m2 pe an, distribuia geografic acestui potenial este realizat pe 5 zone, din care zona zero cu potenial de peste 1250 kW/m2 i an, iar zona 4 cu potenial sub 950 kW/m2 i an. Radiaia solar cu valori mai mari de 1200 kW/m2 i an se nregistreaz pe o suprafa mai mare de 50% din suprafaa total a rii. Utilizarea potenialului energetic solar se realizeaz prin sisteme solare termice pentru cldur i ap cald menajer pentru locuinele individuale sau instalaii centralizate de mic anvergur. Pentru a fi utilizate cu eficien ridicat, aceste sisteme trebuie s funcioneze n "regim hibrid" cu alte sisteme termice convenionale sau neconvenionale. Potenialul utilizabil n sistemele solare ternice este apreciat la 1,434 milioane tep. n figura. 2.4. Harta solar a Romniei i distribuia geografic realizat pe 5 zone.

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 9/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

Fig. 2.4. Harta solar n Romnia s-au realizat sisteme fotovoltaice cu puteri variate i n regimuri de funcionare difereniate, pe fondul derulrii unor programe de cercetare - dezvoltare demonstrative. Astfel, au fost realizate sisteme autonome pentru alimentarea unor consumatori izolai, staii de radio - telecomunicaii, instalaii de pompare a apei, iluminat public sau semnalizare trafic i obiective nscrise n programele de dezvoltare rural. De asemenea au fost realizate sisteme conectate la reeaua electric public ( staii pilot fotovoltaice cu panouri mobile, sisteme integrate n imobile etc). Sistemele solar fotovoltaice i gsesc utilitatea n aplicaii din zone geografice izolate sau cu posibiliti limitate de acces la reeaua electric. n aplicaiile fotovoltaice s-au delimitat mai multe tipuri de proiecte de genul: sisteme fotovoltaice autonome pentru electrificarea rural, cu aplicaii n munii Apuseni sau alte zone izolate ( Nordul Moldovei, Delta Dunrii ) i sisteme fotovoltaice conectate la sistemele de transport sau distribuie a energiei electrice existente.

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 10/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

Proiectele demonstrative pentru producerea de energie termic din surse solare se realizeaz cu sisteme solar termale cu performane superioare, avnd posibilitatea de funcionare n paralel cu sistemele clasice de nclzire.

2.2. Panourile solareFluidul colector care trece prin canalele panoului solar are temperatura crescut datorit transferului de cldur. Energia transferat fluidului purttor este numit eficien colectoare instantanee. Panourile solare au n general una sau mai multe straturi transparente pentru a minimaliza pierderile de cldur i pentru a putea obine o eficien ct mai mare. n general, sunt capabile s nclzeasc lichidul colector pn la 82C cu un randament cuprins ntre 40 i 80%. Aceste panouri solare au fost folosite eficient pentru nclzirea apei i a locuinelor, nlocuind acoperiurile. n emisfera nordic, ele sunt orientate spre sud, n timp ce n emisfera sudic sunt orientate spre nord. Unghiul optim la care sunt montate panourile depinde de latitudinea la care se gsete instalaia respectiv. n general, pentru dispozitivele folosite tot anul, panourile sunt nclinate la un unghi egal cu latitudinea la care se adun sau se scad 15 i sunt orientate spre sud respectiv nord. n plus, panourile solare folosite la nclzirea apei sau a locuinelor prezint pompe, senzori de temperatur, controllere automate care activeaz pompele i dispozitivul de stocare a energiei. Aerul sau chiar un lichid pot fi utilizate ca fluide n sistemul de nclzire solar i un acumulator sau un rezervor cu ap, bine izolate, sunt folosite de obicei ca medii de stocare a cldurii.

2.2.1. Fabricarea panoului solarFabricarea ncepe ntotdeauna de pe partea activ expus la soare. La nceput se pregtete i se cur un geam de mrime corespunztoare. Pe acesta se aeaz un strat de folie de etilen vinil acetat, EVA adaptat profilului celulelor solare utilizate. Celulele solare vor fi legate cu ajutorul benzilor de cositor n grupe (iruri - strings) care mai apoi se aeaz pe folia de EVA dup care se face conectarea grupelor ntre ele i racordarea la priza de legtur prin lipire. n final totul se acoper cu o folie EVA i peste aceasta o folie tedlar. Pasul urmtor const n laminarea panoului n vacuum la 150 C. n urma laminrii din folia EVA plastifiat, prin polimerizare, se va obine un strat de material plastic ce nu se

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 11/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

va mai topi i n care celulele solare sunt bine incastrate i lipite strns de geam i folia de tedlar. Dup procesul de laminare, marginile se vor debavura i se va fixa priza de conectare n care se vor monta diodele de bypass. Totul se prevede cu o ram metalic, se msoar caracteristicile i se sorteaz dup parametrii electrici dup care se mpacheteaz.

2.2.2. Verificarea calitii panourilor solareLa verificarea calitii trebuie specificate urmatoarele. Calitatea este principala caracteristic a panourilor solare prezentate: ct mai mult energie solar captat ntr-un timp ct mai scurt pe un spatiu ct mai mic de panoul solar, randament mare cu costuri reduse. De asemenea este foarte important calitatea n privina materialelor folosite n procesul de fabricare .ncapsularea durabil a elementelor componente are o importan foarte mare deoarece umiditatatea ce ar putea ptrunde ar afecta durata de via a panoului solar prin coroziune i prin scurtcircuitarea legturilor dintre elementele prin care trece curent electric Pentru a ndeplini condiiile impuse de producerea de energie electric, celulele solare se vor asambla n panouri solare utiliznd diverse materiale, ceea ce va asigura: protecie transparent mpotriva radiaiilor i intemperiilor legturi electrice robuste protecia celulelor solare rigide de aciuni mecanice protecia celulelor solare i a legturilor electrice de umiditate asigurare unei rciri corespunztoare a celulelor solare protecia mpotriva atingerii a elementelor componente conductoare de electricitate posibilitatea manipulrii i montrii uoare. n figura. 2.5. artm avantaje i dezavantaje pentru folosirea panourilor solare pentru obinerea energiei electrice i a cldurii.

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 12/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

Fig.2.5. Avantaje i dezavantaje folosirii panourilor solare pentru obinerea energiei electrice i a cldurii

2.3. Celule fotovoltaiceCelulele fotovoltaice reprezint o soluie tentant pentru alimentarea cu energie electric a unor amplasamente izolate. n acest sens, principalele msuri ce trebuie luate constau n coborrea costului celulelor fotovoltaice la preuri acceptabile pe piaa energetic. Celulele solare fcute din cristale de silicon, arsenicat de galiu i alte materiale semiconductoare, transform direct radiaia solar n electricitate. Prin conectarea unui numr mare de celule fotovoltaice, costul electricitii fotovoltaice a fost redus la 30 de ceni/KWh, adic de dou ori mai mare dect rata pe care oraele mari din Statele Unite o plteau pentru electricitate n 1989.

2.3.1. Principiu de funcionare al celulelor fotovoltaiceO celul fotovoltaic de silicon e compus din o foi de un strat foarte subire de silicon de tip N, deasupra unui strat gros de silicon de tip P. Un cmp electric este creat

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 13/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

deasupra suprafeei de sus a acelei celule unde cele dou materiale intr n contact, numit jucia P-N. Cnd razele solare ajung la suprafaa unei celule fotovoltaice, cmpul electric produce momentul i direcia la electronii stimulai de lumin, rezultnd fluxul de curent, celulele solare fiind conectate la un ncrctor electric. n figura. 2.6. descrierea principiului de functionare al celulelor fotovoltaice

Fig.2.6. Principiu de funcionare al celulelor fotovoltaice Indiferent de mrime, o bucat de celul fotovoltaic de silicon produce n jur de 0.5 - 0.6 voli n conformitate cu un circuit deschis, fr condiii de ncrcare. Curentul (i puterea) de ieire a unei celule fotovoltaice depinde de eficiena i mrimea suprafeei, i este proporional cu intensitatea soarelui care ajunge la suprafaa celulei. De exemplu, n condiiile n care lumina solar este foarte puternic, o celul fotovoltaic comercial cu o suprafa de 160 cm 2 va produce n jur de 2 wai, la putere maxim. Dac intensitatea razelor solare au fost la 40% din putere, acea celul va produce n jur de 0.8 wai.

Fig. 2.7. Celula fotovoltaic

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 14/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

2.3.2. Fabricarea celulelor fotovoltaiceProcesul de fabricare convenional singular i policristalin al celulelor de silicon fotovoltaic ncepe foarte cu aplicarea semiconductorului n polisilicon - un material produs din quar i folosit mult n industria electronic. Polisiliconul este pe urm nclzit pn la temperatura de topire , i sunt adugate n polisiliconul topic buci mici de bor pentru a crea un material semiconductor de tip P. Pe urm blocuri de silicon sunt formate, de obicei folosind una din cele doua metode: 1. Formnd un bloc pur de silicon cristalizat din semine de cristal fcute din polisiliconul topit; 2. Turnnd polisiliconul topit ntr-un cazan, formnd un material de silicon policristalin. Buci individuale de wafere sunt feliate din blocurile de silicon folosind un fierstru de srm i pe urm sunt supuse gravurrii suprafeei. Dup ce waferele sunt curate, ele sunt aezate ntr-un cuptor de difuzie de fosfor, crend un strat subire de semiconductor de tip N n jurul ntregii suprafee exterioare a celulei. Pe urm, un nveli antireflexiv este aplicat deasupra suprafeei celulei, i contactele electrice sunt imprimate deasupra suprafeei celulei (negativ). Un material conductor de aluminiu este aezat dedesubtul suprafeei fiecrei celule (pozitiv), reatribuindu-i proprietile de tip P a prii de jos, deplasnd stratul difuz de fosfor. Fiecare celula este pe urm verificat electric, sortata dup curentul electric de ieire, i electric conectate la celelalte celule pentru a crea circuite de celule pentru asamblare n module fotovoltaice. n figura.2.8. descrierea procesului de fabricare convenional singular si policristalin al celulelor de silicon fotovoltaic.

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 15/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

Fig.2.8. Procesul de fabricare convenional singular si policristalin al celulelor de silicon fotovoltaic n ceea ce privete randamentul celulelor fotovoltaice convenionale, acestea transform ntre 5 si 15% din energia solar primit n energie electric. Unele celule experimentale, fabricate din materiale foarte scumpe, au o eficien aproape dubl dar numai in anumite condiii de laborator. ncapsularea durabil a elementelor componente are o importan foarte mare deoarece umiditatatea ce ar putea ptrunde ar afecta durata de via a panoului solar prin coroziune i prin scurtcircuitarea legturilor dintre elementele prin care trece curent electric. Amortizarea energetic este momentul n care energia consumat pentru fabricarea celulei fotovoltaice este egalat de cea produs n timpul exploatrii. Cel mai bine se prezint din acest punct de vedere celulele cu strat subire. Un panou solar (fr cadru) cu astfel de celule se amortizeaz n 2-3 ani, Celulele policristaline necesit pn la amortizare cca 3-5 ani, pe cnd cele monocristaline 4-6 ani. Deoarece un sistem cu panouri solare include i supori de montare, invertor etc. durata de amortizare energetic se mrete cu cca 1 an.

2.4. Caracteristicile celulelor fotovoltaice Tensiunea de mers n gol UOC (auch VOC)

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 16/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

Curentul de scurtcircuit ISC Tensiunea n punctul optim de funcionare UMPP (auch VMPP) Curentul n punctual de putere mazim IMPP Puterea maxim estimat PMPP FF= PMPP Factor de umplere Uoc *I sc Coeficient de modificare a puterii cu temperatura celulei Randamentul celulei solare = PMPP / A * Popt intensitate luminoas Popt. Celulele solare deci pot ceda o putere de 160 W/ m2 Incluse n module puterea pe suprafa va fi mai sczut pentru c ntre celule i marginea modulului este o distan. Randamentul este raportul dintre puterea debitat de panou i putere coninut n lumina incident total. Semiconductoare cu zona interzis stabil utilizeaz doar o parte a luminii solare. Randamentul teoretic maxim ce poate fi atins n acest caz este de 33 %, pe cnd randamentul teoretic maxim la sistemele cu mai multe benzi interzise care reacioneaz la toate lungimile de und a luminii solare este de 85 %. n tabelul 2.1. sunt prezentate randamentul celulelor solare comerciale. Tab.2.1. Randamentul celulelor solare comerciale Material Siliciu amorf Siliciu policristalin Siliciu monocristalin Arseniu de galiu (monostrat) Arseniura de galiu (dou straturi) Arseniura de galiu (trei straturi) Randamentul celulelor solare comerciale este de cca 20 %, iar modulele construite cu acestea ating un randament de cca 17 %. Recordul pentru celulele fabricate n condiii de laborator este de 24,7 % (University of New South Wales, Australia), din care s-au confecionat panouri cu un randament de 22 %. Preul acestor module fabricate prin procedeul de topire zonal este de cca 200 Euro pe celul la o suprafa a celulei de 21,6 Randament (AM 1,5) 5-10% 10-15% 15-20% 15-20% 20% 25% (30% LA AM0) > 20 ani 20-100 EUR/W Durata de via < 20 J ani 25-30 ani 25-30 ani Costuri 5 EUR/W 10 EUR/W la o suprafa iluminat A i

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 17/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

cm2, corespunznd unui cost de 5-10 Euro/W. Sistemele GaAs au costuri de 5 pn la 10 ori mai mari. mbtrnirea conduce la scderea randamentului cu cca 10 % n 25 ani. Fabricanii dau garanii pe cel puin 80 % din puterea maxim n 20 ani. n spaiu constanta solar este mai mare dect iluminarea global pe pmnt, totodat celulele solare mbtrnesc mai repede. Panourile pentru satelii ating momentan (2005) un randament de 25 % la o durat de via de 15 ani. n figura 2.9. descrierea avantajelor i dezavantajelor folosirii celulelor fotovoltaice pentru obinerea energiei electrice.

Un panou fotovoltaic

figura 2.10. spre deosebire de un Panou solar termic,

transform energia luminoas din razele solare direct in energie electric. Componentele principale ale panoului fotovoltaic sunt celulele fotovolatice.

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 18/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

Fig.2.10. Panou fotovoltaic n figura 2.11. artm celulele fotovoltaice, modulele, panourile i matricele.

Fig.2.11. Celulele fotovoltaice, modulele, panourile i matricele Pentru utilizarea energiei solare ca surs de energie electric, potenialul exploatabil este ridicat, iar conversia energiei solare n energie electric se realizeaz cu instalaii fotovoltaice care cuprind module solare, n configuraii i de dimensiuni diferite. Un sistem clasic fotovoltaic insular figura 2.12. este alctuit din urmtoarele componente: - panouri fotovoltaice - regulatorul de ncrcare al bateriilor - grupul de baterii de 12, 24 sau 48 V DC - invertor, ce transform curentul continuu DC in curent alternativ AC

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 19/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

Fig2.12. Sistem clasic fotovoltaic Costul investiiei pentru realizarea sistemelor fotovoltaice a avut o evoluie favorabil n ultimele decenii, costul unui modul solar s-a diminuat treptat, ajungndu-se n prezent la un nivel de aproape 6 $/W instalat. Un panou fotovoltaic de 1 kW poate produce 800 kW de curent electric ntr-un an, contribuind astfel la protejarea mediului nconjurtor de 500 kg de dioxid de carbon si alte elemente duntoare. Cantitatea energiei solare accesibile se schimb n decursul zilei din cauza micrii relative a Soarelui i depinde de gradul nnourrii cerului. La miezul zilei pe un timp frumos, iluminarea energetic, format de soare, poate ajunge la 1000 Wt/mp sau poate fi mai mic de 100 Wt/mp n condiii cu nivel nalt de acoperire a cerului cu nori. Cantitatea energiei solare se schimb odat cu unghiul de nclinare a instalaiei i orientrii suprafeei ei, scznd pe msura ndeprtrii de direcia sudului. Romnia dispune de o cantitate de energie solar mult mai mare dect alte ri dezvoltate precum Gemania, Austria, Belgia , Olanda, ceea ce face ca utilizarea oricrui panou solar, pentru producerea curentului electric, n locatii unde nu exist acces la reteaua naional de energie, s devin nu numai interesant, ci i necesar. Panourile solare se utilizeaz separat sau legate n baterii pentru alimentarea consumatorilor independeni sau pentru generarea de curent electric ce se livreaz n reeaua public.

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 20/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

2.4.1. Caracteristicile unui sistem fotovoltaicModularitate Un sistem fotovoltaic poate fi proiectat pentru o uoar expandare. Dac cererea de putere ar creste, singurul obstacol care poate interveni n expandarea sistemului fotovoltaic este lipsa spaiului necesar amplasrii modulelor suplimentare; ne referim desigur la lipsa unui spaiu iluminat de soare. Autonomie Nu necesit un consum suplimentar i cheltuieli de ntreinere. Alimentarea cu combustibil convenional i depozitarea lui poate costa mai mult dect combustibilul nsui. Energia solar este oferit gratis. Deoarece tendina actual este orientat spre optimizarea din punct de vedere energetic, pentru asigurarea funcionalitii n condiii de maxim eficient, s-au dezvoltat aplicaii n care sistemele fotovoltaice sunt dotate cu sisteme inteligente pentru controlul funcionrii, dotri care asigur personalizarea acestor aplicaii. Durabilitate Marea majoritate a modulelor fotovoltaice de astzi sunt bazate pe tehnologii care au dovedit o degradare minima dup 20 de ani de funcionare, ele fiind garantate 30 de ani. Sistemele fotovoltaice produc energie electric ziua, dar energia electric livrat ziua cost mai mult. n Romnia, deja se practic tarifare difereniat zi-noapte deci, sistemul fotovoltaic produce energie electric gratis sau aproape gratis n timpul zilei, cnd energia electric este mai scump, iar pe timpul nopii cnd sistemul fotovoltaic nu produce sau al orelor de vrf, necesarul de energie electric este preluat din reeaua electric de distribuie local. Un mare avantaj pe care-l prezint sistemele fotovoltaice este acela c se pot integra n cldiri, pot nlocui subansamble, materiale de construcie sau chiar ntregi pri componente ale cldiri cum ar fi de exemplu acoperiul. Modulele solare pot avea mai multe ntrebuinri; astfel, ele pot nlocui suprafeele mai scumpe ale cldirilor i pot oferi n plus alte avantaje. De exemplu, n faade, ele pot nlocui uor oglinzile sau geamurile colorate, asigur umbr i, n acelasi timp, pot genera electricitate. n interiorul acestor module de geam dublu, spaiul dintre celulele solare opace este transparent.

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 21/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

Reciclare Cu toate c durata de via a panourilor solare este de 20-40 ani, n prezent se acumuleaz deja deeuri de ordinul a sutelor de tone anual (2004). Pe plan mondial singura instalaie pilot de reciclare a celulelor solar de siliciu cristalin se afl n Freiberg-Germania. Aici la o temperatur de 600C se ard materialele sintetice incluse n panouri, rezultnd sticl, metal, material de umplere i celulele solare. Aceste celule pot fi reutilizate dup prelucrare cu pierderi minime de material. Panouri fotovoltaice funcioneaz pe lumina, asta este diferena intre un panou fotovoltaic si unul solar. Chiar daca afara este nnorat, el tot produce curent electric, dar nu la acelai randament ca intr-o zi cu soare. Un sistem de panouri fotovoltaice pentru energie electrica, trebuie sa aib neaprat unul sau mai muli acumulatori. Energia produsa pe timp de zi, ce nu este consumata este stocata in aceti acumulatori pentru consumul de noapte.

2.4.2. Utilizarea panourilor fotovoltaiceIn figura 2.13. descriem Conversia fotovoltaic. Principiu de funcionare

Fig.2.13. Conversia fotovoltaic. Principiul de funcionare n tabelul 2.2 descriem domenii de utilizare a principalelor tipuri de instalaii solare

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 22/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

Tab.2.2 Domenii de utilizare a principalelor tipuri de instalaii solare Domenii de utilizare a principalelor tipuri de instalaii solare IMAGINI INSTALATII CU TEMPERATURI DOMENIU - nclzire - preparat ap cald Colector plan 100C - uscare - desalinizare Colector cu concentrator cilindrico- parabolic 300 - 500C -procese tehnologice 600 - 900C Colector cu concentrator de revoluie Sisteme de concentrare a radiaiei cu heliostate i receptor turn Panourile fotovoltaice sunt folosite pentru producerea de energie electric n domenii diverse, ncepnd de la centrale solare i terminnd cu dispozitive complexe, cum ar fi sateliii. Cel mai adesea sunt ins ntlnite in producerea de energie pentru locuinele individuale. Ele se monteaz pe acoperiurile caselor sau pe nite stand-uri separate si asigur o parte din necesarul habitatului. De cele mai multe ori ele sunt parte a unui sistem complex, ce conine baterii, o turbin eolian dar si un generator de urgent (diesel, pe gaz sau pur si simplu reeaua de electricitate). Acesta din urm este obligatoriu pentru a asigura alimentarea cu energie a locuinei 100% din timp, sistemele alternative fiind dependente de prea muli factori externi. 3000 - 5000C de descompunere a unor substante pentru producerea de lucru mecanic i energie electric -pentru determinarea performanelor diferitelor materiale la temperaturi nalte -de producere a apei fierbini i a aburului

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 23/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

3. Proiectare sisteme solare. Aplicaii ale sistemelor solare3.1. Dimensionarea unei instalaii foto-electrice: factori

a. Evaluarea necesitilor Este important de subliniat ca primordiala este economia de energie la nivelul consumatorilor. Aceasta implic un pre de achiziie mai mare, dar costul global va fi mai mic, deoarece va rezulta necesitatea unei instalaii mai mici. b. Orientarea i nclinarea modulelor Randamentul modulelor fotoelectrice este influenat direct de poziia acestora fa de radiaia solar. Este foarte important s fie bine plasate pentru a beneficia la maxim de posibilitile lor. Dac este posibil de ales, este foarte simplu de determinat orientarea ideal a modulelor fotoelectrice: se plaseaz pe direcia Ecuatorului. Dac site-ul este n emisfera nordic, panoul va fi orientat ctre Sud, iar n emisfera sudic, ctre Nord. n ceea ce privete nclinarea, aceasta se determin mai special. S considerm mai nti o aplicaie autonom, care consum energie cvasi-constant pe toat durata anului. Pe durata iernii trebuie optimizat producia, fiind perioada mai puin nsorit. Panourile trebuie s recupereze energia Soarelui, a crui nlime este mic. n Europa, pentru o utilizare pe toat durata anului, nclinarea ideal este aproximativ egal cu latitudinea amplasamentului + 10. Aceasta nseamn c n Romnia, vom avea un amplasament numit "55 Sud" (orientare Sud, nclinare 55). Dac aplicaia nu funcioneaz dect vara, se prefer o nclinare de 20 30, cu aceeai orientare. n cazul n care panourile sunt instalate pe acoperiul locuinei, nu totdeauna este posibil orientarea ctre Sud, datorit amplasamentului casei. n acest caz, trebuie tiut c trebuie excluse orientrile ctre Nord, Nord-Est, Nord-Vest, care sunt foarte defavorabile. Din contr, pentru un site a crui amplasament ideal este de exemplu "30 Sud", nu vom pierde dect cel mult 15% din producia anual, dac panourile sunt orientate ctre Est, Vest, Sud-Est sau Sud- Vest, iar nclinarea panourilor nu depete 30 fa de orizontal.

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 24/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

Transformarea, sau conversia energiei solare n energie termic, este realizat n captatori solari, avnd funcionarea bazat pe diverse principii constructive. Indiferent de tipul captatorilor solari, pentru ca randamentul conversiei energiei solare n energie termic s fie ridicat, este important ca orientarea captatorilor spre Soare, s fie ct mai corect. Poziia captatorilor solari este definit prin dou unghiuri i anume, unghiul de nclinare fa de orizontal, prezentat n figura 3.1. i notat cu a, respectiv unghiul azimutului, reprezentnd orientarea fa de direcia sudului, prezentat n figura 3.2.

Fig.3.1. Unghiul de nclinare a captatorilor solari fa de orizontal, www.viessmann.com

Fig 3.2. Unghiul azimutului (orientarea fa de direcia Sud) www.viessmann.com Diagrama de mai jos prezint ntr-un mod sintetic, influena combinat a celor doi parametrii care definesc orientarea captatorilor solari, asupra gradului de captare a energiei solare disponibile.A fost trasat pentru Germania, dar concluziile care se pot obine cu ajutorul acesteia pot fi extrapolate pentru majoritatea rilor din Europa, inclusiv pentru Romnia.

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 25/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

n figura 3.3. este reprezentata diagrama dintre influenta combinata a unghiului de nclinare i a unghiului azimutului, asupra gradului de captare a energiei solare disponibile.

Fig 3.3. Diagrama dintre influena combinat a unghiului de nclinare i a unghiului azimutului, asupra gradului de captare a energiei solare disponibile www.viessmann.com c. Date meteorologice O suprafa expus la Soare, primete, la un moment dat, un flux de energie din radiaia solar ce se exprim n W/m2 (putere pe unitate de suprafa). Acest flux depinde de ora zilei, de trecerea norilor. La finalul unei zile, acest flux a produs o anumit cantitate de energie zilnic, ce este proporional cu integrala radiaiei solare, fiind exprimat n Wh/m2 pe zi, fiind deci produsul dintre radiaie i timp. Cum radiaia solar instantanee este variabil, energia zilnic se obine calculnd integrala curbei radiaiei n funcie de timp. Datorit staiilor meteorologice, se dispune de multe date statistice. Acestea sunt date globale zilnice, care servesc la dimensionarea sistemelor fotoelectrice. Pentru o expunere fr umbre, se poate realiza o dimensionare destul de precis, utiliznd doar 12 valori ale radiaiei solare, cte una pentru fiecare lun a anului. Pentru o dimensionare mai rapid, se poate utiliza valoarea cea mai mic pe durata de funcionare a aplicaiei. n Romnia, de exemplu, pentru o utilizare anual, se poate utiliza valoarea lunii decembrie, care este, n general, cea mai mic. Din contr, pentru o utilizare estival, de exemplu ntre mai i septembrie, se va utiliza valoarea lunii mai. d. Umbrirea

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 26/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

Umbrirea este o caracteristic foarte dificil de determinat, neexistnd nici metode simple, nici mcar grosiere pentru estimarea ei. Umbrire este determinat fie de umbra unei cldiri (simplu de determinat), dar i de trecerea norilor (aleatoare). Pe plan internaional s-au fcut i se fac studii i cercetri prin care se urmrete realizarea unei armonii ntre construcie i mediul ambiant i, de asemenea, se urmrete realizarea unor construcii ecologice. Se pot da ca exemple n acest sens Programul casei verzi, n Marea Britanie; Locuina n armonie cu mediul sau Ecocity, n Japonia; Planul verde, n Canada; Ecologia i construcia, n Frana. Sectorul de construcii - i n special cel de locuine - este un mare consumator de energie, din care dou treimi sunt folosite pentru nclzire, ventilare, climatizare i ap cald de consum i o treime este folosit pentru iluminat, rcire, aparate casnice, etc.

3.2. Stocarea energiei solareDatorit micrii Pmntului i datorit unor factori meteorologici, energia solar la nivelul scoarei terestre este o surs energetic dependent de timp. n general, necesitile de energie pentru cele mai multe domenii de aplicaii sunt de asemenea dependente de timp, ns ntr-o manier diferit fa de modul n care are loc furnizarea energiei solare. n consecin, dac se urmrete ca anumite necesiti de energie s fie asigurate folosind energia solar, este necesar ca instalaiile solare respective s fie prevzute cu elemente corespunztoare de stocare (acumulare) a energiei. Problema stocrii energiei trebuie analizat privind instalaia termo-energetic ca un sistem compus din urmtoarele elemente principale: captatorul de energie solar unitatea de stocare a energiei aparatura de conversie a energiei instalaia consumatoare de energie consumatorii auxiliari de energie sistemul de automatizare si control robinet de golire rezervor de apa rece n figura 3.4. prezentam un Sistem termo-energetic pentru stocarea energiei.

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 27/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

Fig.3.4. Sistem termo-energetic pentru stocarea energiei Caracteristicile i randamentul fiecruia dintre aceste elemente sunt legate de cele ale celorlalte elemente componente din instalaie. Astfel, deoarece randamentul captatoarelor solare depinde de temperatur, aceasta atrage dup sine faptul c randamentul ntregului sistem va fi dependent de temperatur. De exemplu, ntr-o instalaie termoenergetic solar, dac se folosete un sistem de stocare a energiei termice care este caracterizat printr-o cdere mare de temperatur ntre intrarea i ieirea fluidului purttor de cldur, aceasta va conduce la necesitatea unei temperaturi ridicate n captator i deci la un randament sczut al captatorului; de asemenea, va conduce la o temperatur sczut a sursei calde a mainii termice i n consecin la un randament sczut al acesteia. Orice sistem de stocare trebuie s aib o anumit capacitate de stocare a energiei solare. Capacitatea optim de stocare a energiei solare dintr-o anumit instalaie depinde de mai muli factori ca: disponibilitatea n timp a radiaiei solare n locul respectiv; natura sarcinii energetice a instalaiei; modul n care este furnizat eventuala energie auxiliar; anumite criterii economice care determin ponderea din sarcina total anual care trebuie acoperit cu energie solar, i implicit ponderea sursei de energie auxiliar. Stocarea energiei solare se poate face n diverse moduri, de exemplu sub form de: cldur sensibil a unui mediu solid sau lichid;

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 28/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

cldur latent de schimbare de faza a unor sisteme chimice; energie chimic a produselor rezultate dintr-o reacie chimic reversibil. Dac energia solar este transformat n energie mecanic, aceasta poate fi transformat n energie potenial, i stocat sub form de energie potenial a unui fluid (de exemplu, prin pomparea apei din aval n amontele unui baraj de acumulare). Alegerea modului de stocare a energiei solare depinde de natura procesului care se urmrete n instalaia solar. De exemplu, pentru nclzirea apei este practic folosirea stocrii energiei solare prin cldura sensibil a apei. Dac se folosesc captatoare solare cu nclzirea aerului se poate utiliza pentru stocarea energiei solare cldura sensibil a unui pat de pietre n schimbtoare de cldur de tip regenerativ. Dac n instalaia solar se folosesc celule fotovoltaice sau fotochimice, cea mai indicat form de stocare a energiei este, n acest caz, energia chimic. Proiectantul unei instalaii termoenergetice solare are la dispoziie diverse alternative n ceea ce privete locul de plasare a unitii de stocare a energiei n ansamblul instalaiei. Spre exemplu n figura 3.5. se consider o instalaie n care o main termic transform energia solar n energie electric. n acest caz energia se poate stoca fie sub form de energie termic, ntr-o unitate plasat ntre captatorul solar i maina termic, fie sub form de energie mecanic ntr-o unitate de stocare plasat ntre maina termic i generatorul electric, sau, n fine, sub form de energie chimic n baterii de acumulatoare electrice plasate ntre generatorul electric i consumatorul de energie electric.

Fig.3.5. Instalaie n care o main termic transform energia solar n energie electric Cele trei alternative de plasare a unitii de stocare a energiei nu sunt echivalente n ceea ce privete: capacitatea de stocare necesar, costul instalaiei

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 29/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

efectele soluiei adoptate asupra proiectrii instalaiei n ansamblu i asupra performanelor acesteia. De exemplu, capacitatea necesar a unitii de stocare a energiei plasate n poziia B este mai mic dect cea necesar in poziia A ntr-un raport aproximativ egal cu randamentul convertizorului de energie. Astfel, capacitatea sistemului de stocare plasat n B trebuie s fie de 15% din capacitatea lui A dac procesul de conversie a energiei se desfoar cu un randament de 15%. Stocarea energiei termice n poziia A prezint avantajul c, convertizorul de energie poate fi proiectat pentru o funcionare aproape continu, conducnd la un randament al conversiei mai bun i la un factor de folosire a convertizorului mai ridicat, ceea ce conduce la scderea capacitii convertizorului prin eliminarea necesitii de funcionare a acestuia n regim de vrf de sarcin, corespunztor energiei solare incidente. Alegerea plasrii unitii de stocare ntre A i B poate avea efecte foarte diferite asupra temperaturii de lucru a captatorului, asupra dimensiunilor captatorului i, n final, asupra costului instalaiei. n instalaiile hibride aceste argumente pot fi substanial modificate,n funcie de cantitatea de energie auxiliar folosit.

3.3. Aplicaii ale sistemelor solareAlimentarea cu energie solar a unei locuine este costisitoare. In ciuda beneficiilor pe termen lung, nu toi dintre noi putem plai in numerar pentru investiia iniial. Din fericire, deoarece soarele este o sursa constanta de energie, minile inovatoare au gsit multe modalitati de a valorifica razele soarelui. Iata o list cu top 5 lucruri privind alte forme de valorificare a energiei solare care s-ar putea potrivi mai bine cu bugetul dvs. si cu nevoile pe care le avei. Boilerul solar Boilerele solare vin intr-o varietate de tipuri si modele, ceea ce inseamn c sunt o optiune practic pentru toti cei care ador un dus fierbinte. Cum functioneaz? Majoritatea folosesc caldur de la soare pentru a inclzi ap, ceea ce inseamn c acestea consum mult mai putin energie electric. Beneficiile acestei tehnologii: pre, randament si mrime. Putei modifica un boiler deja existent intr-un boiler ce folosete energia solar pentru o sum destul de mic. Calculele arat c facturile care le plteai pentru nclzirea apei vor scdea

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 30/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

cu 50-80% dup instalare. V vei recupera investiia mult mai repede dect cu alt sistem solar. Luminatoare i tuburi solare Pentru majoritatea locuinelor instalarea unui luminator poate fi costisitoare. Luai in considerare un tub solar - un tub reflectorizant care direcioneaz lumin in interiorul spatiilor fr ferestre. Tuburile solare ofer lumin natural fr a consuma energie electric, sunt ieftine si nu ocup loc mai mult dect orice alt corp de iluminat. ncrctoare solare pentru baterii Panouri solare portabile care ii ncarc telefonul, ipod-ul sau laptop-ul. Acestea se regsesc sub forma de sculee sau rucsaci si sunt perfeci pentru excursii in aer liber, mai ales in caz de urgente. Aceste este un item mai scump, ins cu toii tim frustrarea pe care o avem cnd ne moare bateria. Luminatoare solare de grdin Acestea sunt probabil cele mai cunoscute si accesibile produse solare de pe pia. Cu totii am vzut luminile mici din unele grdini care parc ies din pmnt. Pe lng acestea mai exist si lanterne portabile pentru camping sau urgente. La scara larg, unele orase au investit in felinare solare. Daca dorii s iluminai ceva si nu avei energie electric, solutia perfect o reprezint energia solar. Perdele solare Orict de mult am iubi soarele, uneori avem nevoie de o pauz la umbr. "Energia solar pasiv" este o modalitate fantezist de a spune "soare cald, umbra rece". Punei in funciune acest principiu in casa dvs. controlnd cnd si unde lsai soarele sa intre. Dac lsai soarele s intre pe durata iernii, va tine de cald. Dac vara l lsai s intre mai puin, va uura munca aparatului de aer condiionat, in special in zilele toride. Punerea energiei solare in avantajul vostru poate reduce facturile de energie electric. Putei vedea din aceste lucruri faptul ca nu este neaprat nevoie sa cumprai panouri solare imense pentru a putea beneficia de energia soarelui. Unele tehnici, cum ar fi energia solara pasiv, nu necesit nici un ban. "Solar" nseamn mult mai mult dect plachete de siliciu sau gadget-uri de lux - este orice aplicaie care pune la munca soarele. Multe din

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 31/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

aceste aplicaii v pot ajuta s economisii bani si sa ncurajai o tehnologie energetica puternica si practica. Exist o varietate de aplicaii ce utilizeaz energia electric produs de ctre celulele solare pornind de la aparate de uz comun i ajungnd pn la tehnica spaial care este mult mai costisitoare. Ceas de mn Ceasurile produse de firma japonez Citizen sunt dotate cu o celul solar inclus n cadran care ncarc un acumulator cu litiu avnd o independen de 150-240 zile i care dup o funcionare de 20 ani prezint o scdere de capacitate de maximum 20%. Aparat de taxare n parcri Aparatele automate de taxare n parcri figura 3.6. aparin sistemelor cu alimentare autonom care pe lng un modul cu celule solare mai este nzestrat i cu un acumulator pentru a se asigura alimentarea continu cu energie electric

Fig.3.6. Automat de taxare n parcri Automobile solare Automobilele solare sunt construite utiliznd rezultate din tehnica spaial, tehnologia de fabricaie a bicicletelor, industria de automobile i tehnologia energiei rennoibile. Cadrul este realizat din materiale compozite uoare (fibr de carbon, fibr de sticl, Kevlar) asamblate prin lipire cu rini sintetice (epoxidice) i este purttorul a sute de celule solare legate ntre ele. Un astfel de ansamblu, ntr-o zi nsorit, poate produce o putere

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 32/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

de pn la 2kW(2,6CP) Firma Venturi AstroLab n 2006 a promis c va scote pe pia primul automobil comercial electro- solar hibrid figura 3.7. n ianuarie 2008.

Trecerile de pietoni din Bucureti au fost dotate cu sisteme solare de avertizare

Fig.3.8. Trecere de pietoni dotate cu sisteme solare de avertizare n capital, un numr de 25 de treceri de pietoni, au fost dotate cu primele sisteme solare de avertizare. Acestea constau in panouri luminoase, becuri si marcaje rutiere care se declaneaz, aprinzndu-se, imediat ce se pune piciorul pe trecerea de pietoni. Aceast msur de amplasare a sistemelor solare de avertizare, in cadrul trecerilor de pietoni, s-a realizat datorita faptului ca au fost nregistrate un numr mare de accidente, soldate cu decesul unui numr impresionant de bucureteni.

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 33/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

Proiectul derulat de Administraia Strzilor Bucureti, a fost aprobat, suma destinat acestuia fiind de 5.600.000 de euro.

3.4. Evoluia sistemelor fotovoltaice in Romnia.

1974 - Laborator Surse Noi de Energie - NESL Institutul de Cercetari pentru Industria Electrotehnica - ICPE 1976 - 1980 - Prima generatie de celule: Si mono, 2" si 3". Producie industriala 1982 - Module PV de 6.5-10 Wp - laminare PVB/ EVA 1982 - 1986 - Aplicatii pentru locuri izolate: pomparea apei protectie catodica telecomunicatii iluminat si semnalizari. - Demararea Programului PVT Producerea combinata de caldura si electricitate (ICPE) - Lentile Fresnel liniare si sferice .Celule solare GaAs - Concentratoare cilindro-parabolice celule solare din Si monocristalin. Utilizare industriala pentru producerea de energie termica. - Solar Home System (ICPE) lkWp figura 3.9. Aplicaie autonoma 48/220V, 50Hz

Fig.3.9. Solar Home System

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 34/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

1989 - Demararea Programului de Centrale Solare (ICPE): Centrala autonoma de 10kWp Centrala conectata la retea de 10kWp 1993 - Demararea programului de aplicatii autonome personalizate : UVT-DCEM. 1995 - Demararea Programului privind Integrarea n cladiri a sistemelor PV la Universitatea Valahia din Trgovite. - Demararea programului de electrificare rurala: ICEMENERG, ICPE, UVT- DCEM "100 de Case alimentate din surse regenerabile". - Amfiteatrul Solar din Targovite figura 3.10: Prima BIPV aplicata in Romnia 10kWp connectata la retea . Prima (si nc singura) instalatie solara de 10kW integrata n mediul construit. Proiect INCOP din 1998. Functionala din mai 2001.

Fig.3.10. Amfiteatrul Solar din Targovite 2002 Casa inteligent i ecologic( figura 3.11.) la ICPE-NESL Baza de cercetare Agigea.

Fig.3.11. Casa inteligent si ecologic 2004 - Demararea programului naional de "Cercetare de excelent": celule solare n strat subtire /celule solare organice /noi materiale pentru celule solare avansate, sisteme PV integrate n cladiri / sisteme complementare PV si solar termic, sisteme conectate la retea / producere distribuita / sisteme hibride cu pile de combustie, sfritul anului 2008 a marcat rezultate deosebite. PROGRAM BLOCAT N IANUARIE 2009. 2005 - Central de 30kWp conectat la retea la Universitatea "Politehnica" Bucuresti figura 3.12 - Proiect "PV enlargemen"

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 35/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

Fig.3.12. Prim central fotovoltaic din Romania - Centrala de 40kW, conectat la retea ICEMENERG-Bucuresti - Centrala de 10kWp conectat la retea la Universitatea "Transilvania" Brasov Colaborare cu ICPE Bucuresti & UVT-DCEM

Fig. 3.13. Centrala de 10kWp 2008 - Dezvoltare de Piaa legea energiilor regenerabile programe si proiecte din fonduri nationale sau europene nfiinarea SunE. 2009 - Centrala de 22kWp conectata la reea. Electrica, staia Floresti. Girasolar Romania

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 36/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

Fig.3.14. Centrala de 22kWp conectat la reea electric Satu Mare este primul jude din Romnia n care funcioneaz oficial, ncepnd din 2 iunie 2010 prima fabric n care se produc panouri solare, o alternativ eco care utilizeaz ca surs de energie energia solar, nlocuind astfel curentul. Investiia se ridic la 10 milioane de euro i va crea aproximativ 50 de locuri de munc. La inaugurare au participat reprezentanii firmei, att de la Bucureti - Andre Fraga, ct i de la Satu Mare - Andrei Dng, colaboratori locali i regionali, autoriti locale i judeene, respectiv reprezentanii mass-media local i regional. Cei prezeni au vizitat fabrica timp de 20 de minute, prezentndu-li-se procesul tehnologic de realizare a panourilor solare. Reprezentanii firmei Renovatio Solar, care face parte dintr-o companie naional, spun c investiia de la Satu Mare se ridic la 10 milioane de euro, iar la ora actual sunt angajai 17 muncitori dar pn la finele anului vor fi 50. Investitorii au ales judeul Satu Mare pentru aceast fabric datorit proximitii fa de pieele de care sunt interesai ei i datorit forei de munc specializat sau dispus s se specializeze n domeniu. Autoritile locale i judeene spun c noua investiie este benefic pentru creterea economiei, crearea de noi locuri de munc i nu n ultimul rnd este o mndrie pentru Satu Mare. "Aceast investiie duce la creterea economiei judeului, crearea de noi locuri de munc i, n plus, este o mndrie pentru Satu Mare deoarece este prima fabric din Romnia. Totodat prin aceste elemente produse i puse n funciune aici se protejeaz mediul nconjurtor", a declarat Csehi Arpad, preedintele Consiliului Judeean Satu Mare. Compania productoare de panouri foto-voltaice are linie de producie destinat numai pentru export. Deocamdat, n fabrica de la Veti se testeaz prima producie de panouri care vor urma s ajung pe piaa de desfacere din Europa. Grupul internaional de companii din care face parte i fabrica de la Veti are activiti n domeniul energiei regenerabile, att

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 37/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

eolian ct i fotovoltaic. Compania are birouri locale n Polonia, Italia, Bulgaria, Romnia i proiecte de dezvoltare n SUA, Bahamas i Malta.

3.5. Sisteme solare - preuri, amortizarea investiiilor

Preul panourilor solare este n general ridicat. Ins sistemele ce le utilizeaz sunt foarte fiabile, astfel c investiia iniial se va amortiza in timp. Scopul acestei pagini este de a va ajuta n a v face o idee general asupra investitiilor intr-un astfel de sistem. In cazul n care veti dori s v montati unul, vor fi necesare calcule mai amanuntite, preturile variind in functie de necesitti. Sisteme solare de nclzire - preturi Acestea conin n mare urmtoarele componente: panouri solare un rezervor pentru stocare apei calde sisteme de racord, de prindere, tevi optional: pompa, boiler electric, sistem de comand, etc Preurile incep de la 1500 - 2000 RON pentru sistemele foarte simple ce pot fi utilizate doar vara. Ele pot urca pana spre 3000 - 8000 de euro, pentru cele mai complexe, care pot fi utilizate pe tot parcursul anului. Preurile variaz ns n funcie de componente, de numarul de panouri si de dimensiunea rezervorului de stocare. Amortizarea investiiei Panourile solare de acest tip au o perioad medie de amortizare a investitiei de 5-10 ani. Cu toate acestea, sunt foarte multi factori care influenteaz acest fapt, aadar o apreciere exact nu se poate face decat pentru o serie de parametri fixi: pozitia geografica, clima local, nivelul de utilizare, capacitatea etc. Tinand cont ns de faptul ca durata de viat garantat a acestor sisteme este de 20 de ani, investitia ntr-un astfel de sistem poate fi una de viitor. Sisteme de producere a energiei electrice - preuri De cele mai multe ori, sistemele fotovoltaice sunt integrate cu sisteme eoliene sau cu sistemul electric general, pentru reducerea facturii la energie electrica. Functionarea unei locuinte doar cu ajutorul energiei solare este posibila, insa in practica ea nu este tot timpul posibila. De aceea existenta unui sistem de back-up este necesara, fie ca e vorba de un

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 38/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

generator diesel sau reeaua de la Electrica. Un sistem fotovoltaic simplu conine urmtoarele elemente: panouri fotovoltaice baterii pentru stocarea energiei + regulator de incarcare a bateriilor invertor pentru trnasformarea curentului continuu din baterii in curent alternativ Preturile pornesc de la 1000 - 2000 de euro (pentru sisteme de 150-200 W) si pot urca foarte mult, in functie de necesitatea energetica, de sistemele de back-up folosite, etc. Amortizarea investiiei n general, sistemele fotovoltaice moderne pot fi folosite pe tot parcursul anului chiar i noaptea, cu un randament mai sczut ins. Durata de utilizare preconizat este de pan la 25 de ani, caz in care randamentul lor nu ar trebui sa scad sub 70% din cel iniial. n prezent recuperarea investiiilor fcute intr-un sistem de panouri fotovoltaice se face in 8-10 ani. Daca ne uitam la preturile resurselor energetice obinuite, productoare de energie electric, observm ca preul acestora tot creste, iar preul obinerii energiei electrice prin energia solar, cu ajutorul panourilor fotovoltaice, devine tot mai mica. Avnd n vedere preurile cresctoare, poluarea si volumul limitat a resurselor energetice fosile, folosirea resurselor energetice regenerabile si a energiei solare prin panouri fotovoltaice, ne ofer soluii tot mai favorabile. n Romnia numrul orelor nsorite este n medie intre 1900-2200 ore/an. Energia solara din radiaiile solare, care ajunge pe suprafaa amantului este 1000-1300kWh/m2 / an, ceea ce ne ofer posibiliti de exploatare excelente prin panouri fotovoltaice.

4. Analiza SWOT a sistemelor ce capteaz energia solarAnaliza SWOT const n elaborarea unei tehnici prin care se pot identifica punctele tari i aspectele slabe ale unei afaceri i examineaz oportunitile i ameninrile unui proiect, aceasta analiza putnd fi utilizat ca element in realizarea bilantului unei afaceri. Examinarea factorilor (produs ,ntreprindere, angajat, etc) care determin succesul sau eecul a determinat cererea unor metodologii specifice de analiza si diagnosticare a activitatii afacerii. 'SWOT' este un acronim care provine din limba engleza de la iniialele cuvintelor

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 39/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

strenghts - puncte tari, weaknesses - puncte slabe, opportunities - oportunitati si threats amenintari. Analiza SWOT este folosit n managementul strategic si const intr-un proces prin care o firm poate obtine efecte materializate in cresterea semnificativ a performantelor sale, n consolidarea pozitiei ei pe piata, prin elaborarea, implementarea si controlul strategiei firmei in vederea realizarii misiunii asumate si asigurarii avantajului competitiv. Analiza SWOT este practic un inventar intern al organizatiei si o schema proiectat a riscurilor externe la care poate fi supus o afacere. Aceasta centralizare ia n calcul atat factori pozitivi cat si negativi, oportunitati si amenintari pe piata de profil. Etapele analizei S.W.O.T. sunt urmatoarele: Enumerarea principalelor puncte tari si puncte slabe ale societatii, produdului, angajatului, etc.; Enumerarea oportunittilor (posibilitatilor) si amenintrilor (pericolelor) prezente i viitoare; Identificarea aspectelor critice; Definirea factorilor de success.

ANALIZA SWOT Sisteme de captare a energiei solare -emisiile reduse de noxe-protecia mediului nconjurtor; -posibilitatea asigurrii energiei electrice n locuri izolate, fr acces la reeaua de energie electric; -ntreinerea sistemelor este facila- nu necesit decat curatarea de impuritai a suprafeei; -prelungesc indirect viata sistemului de nclzire existent al locuinei, din Aprilie pan in Noiembrie nu este necesar utilizarea nclzirii clasice; S - necesit expunere solar prelungit 60% din timp; -costuri ridicate; -peroada de amortizare de aproximativ 2-7 ani, depinde din ce materiale sunt confecionate panourile; -unele studii arat c este necesar mai W mult energie electric pentru a crea o celul decat pentru a o da napoi sub forma de energie elctric.

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 40/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

-durata medie de utilizare 15-25 de ani -rezistena la intemperii -cheltuielile iniiale de instalare; -soarele nu ofer energie constant n nici un loc de pe pmant; -resursele naturale utilizate n siteme clasice de producere a energiei electrice sunt neregenerabile i epuizabile O T - datorit rotaiei Pmantului n jurul axei sale, si deci a alternantei zi noapte, lumina solar nu poate fi folosit la generarea electricitaii decat pentru un timp limitat n fiecare zi; - necurarea panourilor duce la reducerea randamentului cu 30%; - existenta zilelor noroase, cand potenialul de captare al energiei solare scade sensibil datorit ecanarii Soarelui.

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 41/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

Riscurile instalrii de sisteme solare Panourile solare instalate acas reprezint un risc imens pentru un eventul incendiu. Cnd v instalai sistemul, avei de fcut multe conexiuni. Creai una eronat si este posibil s avei parte mai trziu de un scurt-circuit. Au fost mai multe cazuri de acest gen in ultimii ani, cele mai multe fiind cauzate de sisteme de o calitate inferioar ins. Panourile solare ocup foarte mult spaiu. Vrei un sistem care s produc destul energie electric si s eliminati factura la curent electric? V dati seama c este posibil s aveti nevoie de peste 1000 de metri ptrati? Nu toate acoperiurile sunt potrivite pentru instalarea panourilor solare. Acoperisul poate sa nu fie perfect orientat spre Soare sau, daca este un acoperis mai vechi, poate s nu treac de inspecie ntregul sistem solar are nevoie de muli ani pentru a returna investitia. Ar putea s ia peste 20 de ani pentru a va recupera banii. Ca multe alte energii regenerabile, energia solar inc nu a fost dezvoltat destul de mult pentru a fi pe cat de eficient trebuie s fie. Va fi extraordinar atunci cand va avansa, ins in prezent nu este destul de eficient pentru cei care vor s isi reduc costurile facturilor la energie electric. Sistemele solare, risc i beneficiu De ce risc? Deoarece produsele foarte ieftine i pot pierde din randament chiar i dup un an. Instalarea unui panou solar pentru nclzirea apei calde menajere este rentabil mai ales dac nu sunt gaze naturale n zon. Sunt muli care spun c investiia se recupereaz n doitrei ani, dar mint. Gazul este ieftin acum i merit s i montezi panou solar dac eti ntr-o zon fr gaze, cum e Alexandria, de pild". Un sistem de 3.600 euro, de pild, pentru nclzirea apei menajere (cu boiler de 300 litri i trei panouri cu 12 tuburi solare vidate) poate fi considerat amortizat dup cinci ani, comparativ cu alimentarea electric, sau n 15 ani, comparativ cu cea pe gaz. Ct de repede ne recuperm investiia depinde totui de ce fel de tip de sistem solar alegem i ct de bine este dimensionat consumului real, pentru a nu funciona cu pierdere. De aceea, se recomand efectuarea de ctre firme specializate a unei simulri pe calculator. De asemenea, trebuie s v gndii dac vrei ap nclzit solar tot anul sau doar pentru perioada cald (martie-septembrie). Panourile solare din a doua categorie sunt cele mai ieftine, dar trebuie golite nainte de primul nghe si reumplute cu ap primvara, inclusiv tuburile.

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 42/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

Dac v lsai pclii de preurile cele mai mici, ale produselor fabricate de regul n China, ai putea constata c dup un an avei probleme deja. La panourile chinezeti vidul din tuburi se pierde foarte uor, astfel c nu mai reine cldura", explic Domiian Covaci, marketing manager la Solariss. De aceea, inei cont de garania sistemului, dar i a manoperei. Nefiind muli instalatori specializai, putei fi taxai serios. Pe de alt parte, un sistem solar care asigur i aport la nclzirea casei poate duce la economii n perioada de iarn de 30-45%, mai ales dac e asociat cu nclzirea prin pardoseal. ntrebri frecvente cu privire la sistemele de captare a energiei solare: Ce se ntmpl dac ntr-o zi plou sau este nnorat? Pe o parte trebuie sa fim contieni de zona climatic unde ne situam, evident nu avem aceeai zona climatic n toat Romnia. Deinem 5 zone climatice ce se difereniaz de radiaia solar asupra suprafeei orizontale. Odat amintit acest concept, la fel trebuie s ne amintim ca panelele solare nu doar capteaz radiaia direct, capteaz si radiaia rvit care o avem, nu doar in zilele de soare, dar si in zilele onorate. Logic cnd nu este radiaie solar, captorul nu aduna suficient radiaie. Din aceasta cauza ntotdeauna trebuie sa compensam cu un sistem de ajutor pentru aceste zile unde energia soarelui nu ajunge la 100% din necesarul nostru. Ce msuri de protecie sunt necesare pentru a evita supranclzirea din instalaie? Probleme care pot duce la supranclzirea sistemului sunt simple si la fel de simplu de evitat. Se poate pune problema supranclzirii n condiii de soare puternic ( si sistemele pot face insolaie), consum redus, utilizare rar etc. Soluia ideal pentru rezolvarea acestei probleme este montarea n circuitul hidraulic de la instalaie, o aeroterma, numita si risipitor de cldur. Cnd senzori de temperatura detecteaz o temperatur superioar a celei de siguran, o parte din acest lichid se pune in circulaie ctre o alt instalaie integrat in panoul solar, acesta din urma are ca efect rcirea instalaiei cu circulaie forata, scond cldura in exterior si prin aceasta metoda reducem temperatura apei. Ce se ntmpl pe timp de iarna? Dup cum tim iarna se produce ngheul, este foarte important sa tim ca lichidul care circul prin instalaia noastr nu este acelai cu cel pe care l folosim la consum, avem circuit primar si secundar. Circuitul primar este umplut cu un lichid antigel de uz alimentar, substana propilen-glicol este cea care suporta temperaturile sczute de pana la -20C, acest lichid transfera cldura n apa care noi o consumam.ing. Schintee Ion Lucrare de disertaie 43/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

5. Observaii i concluziiEnergia solar poate nclzi locuinele n mod pasiv, datorit construciei acestora (casele pasive) sau poate fi stocat n acumulatoare termice sub form de energie termic. Cldura generat solar se poate folosi n principal la prepararea apei calde menajere, nclzirea agentului termic responsabil de temperatura ambiant a casei i nclzirea piscinelor. Exist chiar i instalaii de aer condiionat bazate pe cldura solar, unde aceasta reprezint energia principal necesar rcirii aerului. Utilizarea energiei solare reprezint la nivel global cea mai eficient metod de a aduce cldura n locuine. n general, cantitatea de cldur solar ce cade asupra acoperiului unei case este mai mare dect energia total consumat n cas. Cu mijloace simple, eficiente constructiv, se poate utiliza energia solar pentru a reduce sau chiar pentru a nlocui total celelalte surse de energie necesare traiului dintr-o locuin modern, n Europa, Romnia se afl n zona a doua de nsorire, n Romnia se pot defini 4 zone de nsorire, de la un maxim de 1600 kWh/m2 n Dobrogea la 1250 kWh/m2 n nordul rii, anual. Dei energia solar este rennoibil i uor de produs, problema principal este c soarele nu ofer energie constant n nici un loc de pe Pmnt. n plus, datorit rotaiei Pmntului n jurul axei sale, i deci a alternanei zi-noapte, lumina solar nu poate fi folosit la generarea electricitii dect pentru un timp limitat n fiecare zi. O alt limitare a folosirii acestui tip de energie o reprezint existena zilele noroase, cnd potenialul de captare al energiei solare scade sensibil datorit ecranrii Soarelui, limitnd aplicaiile acestei forme de energie rennoibil. Nu exist nici un dezavantaj deoarece instalaiile solare aduc beneficii din toate punctele de vedere. Panourile solare produc energie electric 9h/zi (calculul se face pe minim; iarna ziua are 9 ore) Ziua timp de 9 ore aceste panouri solare produc energie electric i n acelai timp nmagazineaz energie n baterii pentru a fi folosit noaptea. Instalaiile solare sunt de 2 tipuri: termice i fotovoltaice. Cele fotovoltaice produc energie electric gratis. Cele termice ajut la economisirea gazului n proporie de 75% pe an. O cas care are la dispoziie ambele instalaii solare (cu panouri fotovoltaice i termice n vid) este considerat "FARA FACTURI" deoarece energia acumulat ziua n baterii este trimis n reea).ing. Schintee Ion Lucrare de disertaie 44/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

n ciuda preului si a dependenei de factorii externi, panourile solare sunt o soluie pentru viitor. Acest lucru este dovedit si de creterea de aproape 50% nregistrata in numrul de astfel de sisteme folosite pe glob, in fiecare an din 2002 ncoace. Procentul utilizrii energiei solare este in continuare minuscul, estimnd ca va ajunge la 0,40% in 2010. Insa pe viitor, odat cu dezvoltarea tehnologiei si micorarea costurilor iniiale, panourile fotovoltaice vor deveni cu sigurana din ce in ce mai utilizate. n final, lucrurile sunt destul de simple. Crbunele se va termina, la fel si gazul si petrolul. In aceste condiii, ce va face omenirea? Nu este cazul sa luam atitudine? Ba da. Iar instalarea unui sistem de energie ecologic este un prim pas. Da, poate investiia iniiala va fi mare, insa nu uita celebrul proverb: suntem prea sraci ca sa ne permitem lucruri ieftine. La baza producerii energiei electrice sta celula fotovoltaica. Pe scurt, n contact cu razele soarelui, aceasta produce energie electrica. Pentru a intra n detaliu, ne-ar fi necesare nsa cunotine de chimie destul de avansate: fotonii din razele solare "bombardeaz" atomii materialelor din care este realizata celula fotovoltaica. Sub aceasta aciune, acetia tind sa se elibereze si astfel se formeaz energia electrica. Majoritatea panourilor existente sunt rigide, dar in unele domenii se folosesc si panouri solare flexibile. n ambele cazuri, celulele fotovoltaice sunt protejate mpotriva intemperiilor, furtunilor sau razelor ultraviolete de un strat protector de sticla speciala. Astfel productorii pot afirma ca panourile fotovoltaice actuale sunt destinate unei utilizri de lunga durata, ce poate depi 20 de ani. Electricitatea solar poate s-i aduc o important contribuie la pstrarea rezervelor de energie ale pmntului si, n acelasi timp poate contribui la ncetinirea modificrilor climatice generale: reduce consecintele efectului de ser si ale gazelor poluante din atmosfer. Costul energiei produse de sistemele fotovoltaice continu s scad. Oricum, costul energiei fotovoltaice este, n general, mai mare dect al energiei produse n mod conventional. De asemenea, dei costul initial al echipamentului fotovoltaic este mai mare, sunt totusi unele aplicatii n care sistemul fotovoltaic este cel mai eficient din punct de vedere financiar. Numrul sistemelor fotovoltaice creste anual datorit avantajelor oferite. Dintre aplicatiile mai eficiente, trebuie mentionate cele destinate alimentrii consumatorilor izolati, de mic putere, din domenii precum: telecomunicatii, balizaj, protecie catodic, refrigerare, irigaii etc. Un sistem fotovoltaic bine realizat poate opera neurmrit si necesit o ntreinere periodic minim. Economiile provenite din costurile de munc si cheltuielile de transport pot fi nensemnate.ing. Schintee Ion Lucrare de disertaie 45/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

Un mare avantaj pe care-l prezint sistemele fotovoltaice este acela c se pot integra n cladiri, pot nlocui subansamble, materiale de construcie sau chiar ntregi prti componente ale cldiri cum ar fi de exemplu acoperisul. Modulele solare pot avea mai multe ntrebuintari; astfel, ele pot nlocui suprafetele mai scumpe ale cldirilor si pot oferi n plus alte avantaje. De exemplu, n fatade, ele pot nlocui uor oglinzile sau geamurile colorate, asigur umbr si, n acelasi timp, pot genera electricitate. n interiorul acestor module de geam dublu, spatiul dintre celulele solare opace este transparent. Avantajele eseniale ale sistemelor fotovoltaice sunt: produc energie electric fr efecte poluante asupra mediului (+ reciclare complet) nu au componente n micare: fiabilitate ridicat, durata de viat lung exploatare uoar, ieftin tehnologie fr poluare fonic pierderi de transport reduse spatii pentru producere i transport reduse nu produce modificri n mediu .

producere i consum n acelai loc, pentru puteri instalate mai mici, consumabile local:

Specialitii prevd un viitor strlucitor pentru energia solar. Considerat mult timp neprofitabil, acest tip de energie ncepe s ctige teren, datorit mbuntirii tehnologiilor si costului tot mai ridicat al resurselor energetice tradiionale. Chiar si fara subventii guvernamentale, in maximum cinci ani, estimeaza specialistii McKinsey, energia solara ar putea costa la fel ca electricitatea produsa din combustibili fosili pentru consumatorul final din multe zone, cum ar fi California sau Italia. Pan n 2020, energia solar total exploatat ar putea creste de 20-40 de ori fat de nivelul actual. Cu toate acestea, sectorul este abia la inceput. Chiar daca luam n calcul cele mai optimiste previziuni pe termen lung, in 2020, doar 3-5% din electricitatea folosita la nivel global va proveni din energie solara.

Bibliografiewww.inmh.ro;ing. Schintee Ion Lucrare de disertaie 46/47

Energii regenerabile. Energia solar un beneficiu pentru viitor

www.windenergy.com; www.magnus.ro. www.lpelectric.ro www.wikipedia.org www.naturenergy.ro Kelemen G., Ursa D. - Alternativa energetica. Partea I. Argumente n favoarea utilizarii energiei solare, Rev. Tehnica instalaiilor nr. 5/2003. Kelemen G., Ursa D. - Alternativa eneregtica. Partea II. Aplicaii ale sistemelor solare n instalaiile pentru construcii, Rev. Tehnica instalaiilor nr. 6/2003

ing. Schintee Ion

Lucrare de disertaie 47/47