disertatie schintee

Click here to load reader

Post on 22-Jul-2015

212 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 pest...