Transcript
  • Articol despre energia termica solara

    Coninut

    Partea a II-a

    Energia termic solar

    Ce este energia termic solar?

    Istoric

    Colectoarele termice solare i aplicaiile lor

    Tipuri de colectoare solare pentru cldur

    Tipuri de colectoare solare pentru producerea de energie electric

    nclzirea apei cu energie solar

    Surse

  • Ce este energia termic solar?

    Energia termic solar reprezint conversia energiei solare n energie care s se poat utiliza la nclzire.

    Radiaia solar care ajunge la suprafaa pmntului n fiecare zi, n medie ( ntr-un interval de 24 de ore) este de aproximativ 165 W/m (cu variaii semnificative n funcie de latitudine, altitudine i vreme). Pentru a utiliza aceast surs de energie, oamenii au nceput s priveasc cu mai mult atenie problema energiei termice solare (cldur produs cu ajutorul radiaiei solare) i fotovoltaice (energie electric produsa cu ajutorul soarelui).

    Cantitatea total de energie solar care ajunge la suprafaa pmntului este de cinci mii de ori mai mare dect nevoile de energie ale societii umane, iar potenialul este mai mare dect al tuturor celorlalte energii regenerabile la un loc.

    Istoric

    Primele aplicaii ale utilizrii energiei termice solare dateaz nc din antichitate (800 C - 600 DC) cnd se utilizau lentile concave sau convexe pentru concentrarea razelor. Utilizarea pasiv a energiei solare s-a practicat nc din Egiptul antic, Mesopotamia i de vechile civilizaiile sud-americane la arhitectura cldirilor lor. De exemplu, uile erau poziionate astfel nct s fie departe de partea nsorit la amiaz. In regiunile cu clim rece, ferestrele i uile sunt orientate de preferin pe partea n care nu bate vntul, dar, pe ct posibil n direcia soarelui de amiaz.

    In secolul al XVIII-lea, omul de tiin Horace-Bndict de Saussure a inventat ceea ce avea s fie precursorul panourilor solare din zilele noastre. Prima criz a petrolului de pe la mijlocul anilor 70 a determinat apariia abordrilor practice de utilizare a energiei solare.

    Primul patent la nivel mondial pentru un sistem solar a fost acordat productorului de metale Clarence M. Kemp din Baltimore n 1891. Acesta a fost un simplu colector de cldur pentru producerea apei calde.

    Tora olimpic se aprinde n mod tradiional nc din antichitate cu ajutorul oglinzilor care concentreaz lumina soarelui.

    Colectoarele termice solare i aplicaiile lor

    Un colector este un dispozitiv care transform energia solar ntr-o form mult mai uor de utilizat i de stocat. Energia din razele soarelui se prezint sub form de radiaie electromagnetic ntr-un spectru de la lungimile de und n infrarou (lungi) la lungimile n ultraviolete (scurte). Energia solar care ajunge la suprafaa pmntului depinde de condiiile climatice, precum i de amplasamentul i orientarea suprafeei, dar, n general, ea este in medie de aproximativ 1.000 W/m2 pe o suprafaa perpendicular pe razele soarelui in condiiile unui cer senin.

    Un colector termic solar este proiectat s colecteze cldura prin absorbia luminii soarelui. Termenul se aplic panourilor pentru prepararea apei calde, dar poate fi utilizat i pentru instalaii mult mai complexe, cum ar fi cele solar - parabolice, cu cuv solar i turnurilor solare, sau instalaiilor mai simple, cum ar fi cele pentru nclzirea aerului cu ajutorul energiei solare.

    Colectoarele mai complexe se utilizeaz, n general, la centralele electrice solare, n care cldura soarelui se utilizeaz pentru a produce energie electrica. Acest lucru se realizeaz prin nclzirea apei si producerea aburului care acioneayz turbina conectat la un generator electric. Colectoarele mai simple se utilizeaz de obicei pentru nclzirea suplimentar a spaiului din cldirile rezideniale i comerciale.

    Tipuri de colectoare solare utilizate pentru obinerea cldurii

  • Colectoarele solare se mpart n dou categorii: fr concentrare i cu concentrare. n cazul tipului fr concentrare, suprafaa colectorului (adic suprafaa care intercepteaz radiaia solar) este aceeai cu suprafaa absorbant (adic, suprafaa care absoarbe radiaia). n cazul acestor tipuri ntregul panou solar absoarbe lumina.

    Pentru nclzirea spaiului sau prepararea apei calde menajere se utilizeaz colectoare solare plane i cu tub vidat.

    Colectoare solare plane

    Sistem cu panouri termice solare pentru nclzirea apei amplasate pe un acoperi plan.Sursa: http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_thermal_collector, 25.11.2010

    Colectoarele plane care au fost realizate n anii 50, reprezint tipul cel mai obinuit. Ele sunt alctuite dintr-o plac neted, nchis la culoare, care absoarbe energia solar, un capac transparent care permite energiei solare s treac prin el reducnd pierderile de cldur, un fluid care transport cldura (aer, antigel sau ap) pentru a duce cldura de la absorbant i un suport izolator de cldur. Absorbantul const dintr-o foaie subire (de polimer stabil termic, aluminiu, oel sau cupru, pe care se aplic o acoperire neagr mat sau un strat seklectiv) n spatele creia se afl adeseori o reea sau o nfurare de tubulatur amplasat ntr-o carcas izolat cu un capac de sticl sau policarbonat. La panourile de nclzire cu ap, fluidul este de obicei circulat prin tubulatur pentru a transfera cldura de la absorbant la un rezervor de ap izolat. Aceasta se poate realiza direct sau printr-un schimbtor de cldur. Cea mai mare parte din instalaiile de nclzire cu aer i unele cu ap au un absorbant complet acoperit de fluid care este alctuit din dou foi de metal printre care trece fluidul. Deoarece suprafaa schimbtorului de cldur este mai mare ele pot fi mai eficiente dect suprafetele tradiionale.

    Exist un numr de configuraii de tuburi pentru absorbant:

    harp design -ul tradiional cu suporturi de tuburi n partea inferioar i tubul colector n partea de sus, utilizat in termosifonul de presiune i sistemele cu pompare

    serpentin un S continuu care maximizeaz temperatura, dar nu toat energia este cedat n sistemele cu flux variabil, utilizate numai la sistemele compacte de nclzire a apei pentru uz gospodresc (nu pentru nclzirea spaiului)

    absorbant acoperit complet de fluid care const din dou foi de metal presat pentru a produce o zon de circulaie. Deoarece suprafaa schimbtorului de cldur este mai mare, ele pot fi mai eficiente dect cele tradiionale.

    Majoritatea colectoarelor au o durat de via mai mare de 25 ani.

  • Colector cu tuburi vidate

    Sursa: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vakuumroehrenkollektor_01.jpg, 19.11.2010

    Majoritatea colectoarelor cu tuburi vidate utilizeaz ca miez tuburi de cldur si nu trec lichidul direct prin ele. Tuburile de evacuare a cldurii (EHPT') sunt alctuite din mai multe tuburi de sticl, fiecare coninnd o plac de absorbant sudat la un tub. Cldura de la captul cald al tuburilor de cldur este transferat fluidului de transfer (ap sau un amestec cu antigel de obicei propilenglicol) al unui sistem de producere a apei calde pentru uz casnic sau unui sistem hidronic de nclzire a spaiului ntr-un schimbtor de cldur denumit "multiplu". Schimbtorul de cldur multiplu este nfurat i nconjurat de izolaie i acoperit cu o foaie de metal sau se afl ntr-o carcas de plastic pentru a fi protejat de intemperii.

    Vidul din exteriorul tubului reduce foarte mult pierderile de cldur prin conducie i convecie, obinndu-se astfel o eficien mai mare dect n cazul colectoarelor plane, n special n condiii de clim rece. Acest avantaj nu este important n zone cu clim mai cald, cu excepia acelor cazuri n care se dorete s se obin ap foarte fierbinte. Temperaturile nalte care se pot produce pot necesita o proiectare special al sistemului pentru a se evita sau a se atenua supranclzirea.

    Tub vidat sticl - sticl Sursa:http://en.wikipedia.org/wiki/File:Evacuated_tube_diagram.jpg,19.11.2010

    Unele tuburi vidate (sticl-metal) sunt fabricate din sticl care fuzioneaz la eava de cldur la captul de sus i au n interior tubul de cldur i absorbantul n vacuum. Altele (sticl-sticl) sunt alctuite din dou tuburi de sticl, unul n interiorul celuilalt, care fuzioneaz la unul sau ambele capete i care au vacuum ntre straturi (ca o sticl sau plosc vidat) cu absorbantul i eava de cldur la presiune atmosferic normal. Tuburile sticl sticl sunt foarte bine vidate, dar cele dou straturi de sticl reduc lumina care ajunge la absorbant i exist posibilitatea ca s ptrund umezeala n zona nevidat a tubului i s corodeze absorbantul.

    Tuburile de sticl metal permit s ajung mai mult lumin la absorbant i protejeaz absorbantul i eava de cldur (din vacuum) de coroziune chiar dac sunt fcute din alte materiale (vezi coroziunea galvanic).Spaiile dintre tuburi permit ca zpada s treac printre colectoare, minimiznd pierderea de cldur n cazul n care ninge, dei absena cldurii radiate de tuburi poate mpiedica protejarea corespunztoare mpotriva acumulrii de zpad.

  • Colectoare solare cu aer

    Sursa: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Transpired_Air_Collector.PNG

    Colectoarele solare cu aer nclzesc aerul direct, i se folosesc aproape ntotdeauna pentru nclzirea spaiului. Ele se utilizeaz, de asemenea, pentru pre - nclzirea aerului de adaos n sistemele comerciale i industriale HVAC. Ele sunt mprite n dou categorii: cu sticl i fr sticl.

    Sistemele cu sticl au un capac transparent, precum i o parte izolat i panouri n spate pentru a minimiza pierderile de cldur n aerul ambiental. Plcile de absorbant din panourile moderne pot avea un grad de absorbie mai mare de 93%. Aerul trece, de obicei de-a lungul, pe partea frontal sau posterioar a plcii absorbante prelund cldura direct de la aceasta. Aerul nclzit poate s fie apoi utilizat direct n aplicaii cum ar fi: nclzirea spaiului i uscare, sau poate fi stocat pentru a fi utilizat mai trziu.

    Sistemele fr sticl, sau sistemele de transpiraie, const dintr-o plac absorbant prin care trece aerul prelund i cldura de la absorbant. Aceste sisteme se utilizeaz de obicei la prenclzirea aerului din cldirile comerciale.

    Aceste tehnologii se numr printre cele mai eficiente, sigure i economice tehnologii solare disponibile. Amortizarea panourilor solare cu aer i sticl se face n mai puin de 915 ani, n funcie de combustibilul pe care-l nlocuiesc.

    Tipuri de colectoare solare pentru producerea energiei electrice

    Jgheaburile, farfuriile i turnurile parabolice descrise n aceste seciune se utilizeaz aproape exclusiv n centralele solare care produc energie electric, sau n scopuri de cercetare.

    Jgheabul parabolic

    Acest tip de colector este utilizat, n general, la centralele electrice solare. Pentru a concentra lumina soarelui pe un tub izolat (tub Dewar) sau tub de cldur se utilizeaz un reflector n form de jgheab amplasat n punctul focal. Jgeabul conine un lichid de rcire care transfer cldura de la colectoare la cazanele din centrala electric.

    Sisteme solare pentru producerea de energie electric (SEGS), California, USA

    Farfuria parabolic

    Este tipul cel mai puternic de colector care concentreaz lumina soarelui ntr-un singur punct focal, prin intermediul uneia sau mai multor farfurii parabolice dispuse ntr-un mod similar cu cel al telescopului care reflect lumina stelelor, sau antenei parabolice care concentreaz undele radio. Aceast geometrie se poate utiliza la furnalele solare i centralele solare care produc energie electric.

    Sursa: http://en.wikipedia.org/wiki/Concentrated_solar_power, 25.11.2010

  • Turnul solar

    Un turn solar este un turn mare nconjurat de oglinzi de urmrire denumite heliostate. Aceste oglinzi se aliniaz i concentreaz lumina soarelui pe receptorul din vrful turnului, iar cldura colectat este transferat unei centrale electrice de sub el.

    Sursa: http://www.solarturm-juelich.de/en

    Putei citi mai multe n legtur cu acest subiect n articolul Centrala electric cu concentrarea energiei solare (CSP)

    nclzirea apei cu energie solar

    nclzitor de ap solar cu termosifon, montat pe acoperis, Sursa: http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_water_heating

    Sistemele solare de nclzire a apei (SWH) au multe inovaii i multe tehnologii pentru regenerabile cunoscute care au fost acceptate n majoritatea rilor de mult timp. SWH s-au utilizat pe scar larg n Israel, Australia, Japonia, Austria i China.

    Intr-un sistem SWH "cuplat strns, rezervorul se monteaz orizontal, imediat deasupra colectoarelor solare, pe acoperi. Pomparea nu este necesar deoarece apa fierbinte se ridic natural n rezervor prin termosifon.

    Intr-un sistem cu "circulaie pompat", rezervorul este montat n pmnt sau n podea i se gsete sub nivelul colectoarelor; o pomp de circulare deplaseaz apa sau fluidul de transfer al cldurii ntre rezervor i colectoare.

    Sistemele SWH sunt proiectate s produc cantitatea optim de ap cald aproape pe tot parcursul anului. Totui, iarna, poate s nu fie suficient cldur solar pentru a pregti suficient ap fierbinte. n acest caz pentru nclzirea apeis e utilizeaz de obicei un booster pe gaz sau electric.

  • Instalaii solare noi de nclzire a apei n 2007 la nivel mondial,Sursa: http://en.wikipedia.org/wiki/File:SolarGlobal2007V2.png , 25.11.2010

    Dup 1960, n ntreaga lume s-a nregistrat o cretere rapid a utilizrii energiei solare pentru nclzirea apei, mai ales n Japonia i Australia unde inovarea tehnic a mbuntit performana, durata de via i a uurat utilizarea acestor sistemele.

    Instalaia solar de nclzit apa a devenit regula n rile cu radiaie solar din abunden cum ar fi cele mediteraneene, Japonia i Australia.

    In 2005 Spania a devenit prima ar din lume care a instalat n cldirile noi sisteme fotovoltaice de generare a electricitii i a doua ar din lume (dup Israel) care a instalat sisteme solare pentru producerea apei calde n 2006.

    Australia are numeroase stimulente (naionale i de stat) i reglementri (de stat) privind energia termic solar ncepnd cu MRET in 1997.

    Sistemele de nclzire a apei cu ajutorul energiei solare au devenit populare n China unde modelele de baz cost ncepnd de la 1500 yuani (US$190), fiind mult mai ieftine dect n rile din vest (cu 80% mai ieftine pentru o anumit dimensiune a colectorului). Se spune c, cel puin 30 milioane de gospodrii chineze au n prezent unul i c popularitatea se datoreaz tuburilor eficiente care permit nclzitoarelor s funcioneze chiar i atunci cnd cerul este nnorat i la temperaturi mult sub nivelul de nghe. Israelul i Ciprul sunt lideri per capita n utilizarea sistemelor de nclzire a apei cu energie solar n peste 30%-40% din locuine.

    Surse

    http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_thermal_collector, 25.11.2010

    http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vakuumroehrenkollektor_01.jpg, 19.11.2010

    http://en.wikipedia.org/wiki/File:Evacuated_tube_diagram.jpg, 19.11.2010

    http://en.wikipedia.org/wiki/Concentrated_solar_power, 25.11.2010

    http://www.solarturm-juelich.de/en, 25.11.2010

    http://www.solaripedia.com/13/32/solar_energy_generating_systems_%28mojave_desert,_californi a,_usa%29.html

    http://en.wikipedia.org/wiki/File:Calefon_solar_termosifonico_compacto.jpg, 25.11.2010


Top Related