SISTEM DE POMPARE A APEI CU PANOURI SOLARE PENTRU IRIGAREA UNEI GRADINI

Energia regenerabilă se referă la forme de energie produse prin transferul energetic al energiei rezultate din procese naturale regenerabile. Astfel, energia luminii

solare, a vânturilor, a apelor curgătoare, a proceselor biologice și a căldurii geotermale pot fi captate de către oameni utilizând diferite procedee. Sursele de energie ne-

reînnoibile includ energia nucleară precum și energia generată prin arderea

combustibililor fosili, așa cum ar fi ț i ț eiul , cărbunele și gazele naturale. Aceste resurse

sunt, în chip evident, limitate la existența zăcămintelor respective și sunt considerate în general (a se vedea teoria academicianului român Ludovic Mrazec de formare

anorganică a țițeiului și a gazelor naturale) ne-regenerabile. Dintre sursele regenerabile de energie fac parte: energia eoliană energia solară

energia apei

o energia hidraulică

o energia mareelor

o energie poten ț ială osmotică

energia geotermică

energie derivata din biomasa: biodiesel, bioetanol, biogaz

Domeniul energiilor regenerabile este acum o activitate politica si un curent commercial deosebit de important.fabrcarea si instalarea produselor este accelerate la aproximativ 25-35% pe an in intreaga lume.

Toate aceste forme de energie sunt valorificate pentru a servi la generarea curentului electric, apei calde, etc.

Energia solară termică se bazeză pe producerea de apă caldă utilizată în clădiri, sau în scopul de a permite acţionarea turbinelor ca şi în cazul centralelor termice clasice,

pentru producţia de electricitate. Această tehnică de a produce electricitate se aplică în cazul centralelor experimentale cu randamentul net într-adevăr mic, de 15%. Apele de suprafaţă ale mărilor sunt în mod natural încălzite de soare, ceea ce reprezintă un imens rezervor de energie în zonele tropicale. Proiectele de extracţie a acestei "energii termice a mărilor" au la bază acţionarea diferitelor maşini termodinamice. Aceste funcţionează pe baza diferenţei de temperatură dintre apa de suprafaţă (25 până la 30°C) şi apa de adâncime (5°C la 1000 m adâncime).

Pentru ca această soluţie să fie practică ar trebui ca diferenţa de temperatură să fie mai mare 20°C, dar randamentul de 2% este foarte slab.

Energia solară fotovoltaică se bazează pe producerea directă de electricitate prin intermediul celulelor cu siliciu. Atunci când străluceşte şi atunci când condiţiile climatice sunt favorabile, soarele furnizează o putere de 1 kW/mp. Panourile fotovoltaice permit convertirea directă în electricitate a 10 - 15% din această putere. Producţia de energie a unui astfel de panou variază odată cu creşterea sau scăderea intensităţii solare: 100 kWh/mp/an în Europa de Nord, iar în zona mediteraneană este de două ori mai mare. Un acoperiş fotovoltaic de 5x4 metri are o putere de 3kW şi produce 2 - 6 MWh/an. Dacă cei 10.000 kmp de acoperiş existenţi în Franţa ar fi utilizaţi ca generator solar, producţia ar fi de 1.000 TWh pe an, aproape dublul consumului final de electricitate în Franţa la începutul anilor 2000 (450 TWh).

Principalele obstacole în utilizarea pe scară largă a energiei solare fotovoltaice (şi termice) le reprezintă, pe de o parte disponibilul de putere furnizată, care constrânge la stocarea electricităţii pentru o funcţionare autonomă sau la utilizarea de soluţii energetice complementare, iar pe de altă parte competitivitatea economică.

“Celula solara” reprezinta un dispozitiv care, sub actiunea radiatiei electromagnetice, actioneaza ca un generator de electricitate. Sunt posibile foarte multe feluri de celule solare dar celula bazata pe dioda semiconductoare este cea mai cunoscuta versiune, ea avand o vechime de 50 de ani, datand din 1954.

Celulele solare transform alumina in energie electrica prin 3 pasi esentiali: Absortia luminii, furnizarea de electroni intr-o stare de excitatie. Dispozitivul care

“absoarbe lumina”este in general un semiconductor si tranzitiile utilizate sunt tranzitii intre benzile energetice

Separarea locala a sarcinilor pozitive si negative.Electronii si golurile din semiconductori sunt separati prin difuzie sau prin driftul purtatorilor de sarcina ,determinat de campul din regiunea de sarcina spatial a jonctiunii p-n sau a heterojonctiunii a doua material.

Dirijarea sarcinilor catre un circuit exterior. Separarea sarcinilor conduce la generarea unei tensiuni intre cele doua parti ale celulei solare.

electrod negativ

silicon dopat-n

joncţiunea p-n

silicon dopat-p

electrod pozitiv

electrod negativ

silicon dopat-n

joncţiunea p-n

silicon dopat-p

electrod pozitiv

Multe materiale semiconductoare pot fi utilizate la fabricarea celulelor solare, dispozitivul de bază pentru generarea electricităţii fotovoltaice. Astăzi, multe tipuri de materiale, structuri fabricate şi producţia tehnologică sunt sub dezvoltate şi va mai dura ceva timp pană când vor devenii profitabile pentru a rămâne pe piaţă.Pentru o evaluare a diverselor tehnologii există un număr de criterii de care trebuie să se ţină seamă. Cele mai importante sunt:

un bun potenţial pentru o eficienţă înaltă bună utilizare a materialelor necesare tehnologii de producţie cu costuri mici stabilitatea instalaţiei de-a lungul timpului produsul şi tehnologia de producţie să ţină seama de protecţia mediului.

Astăzi piaţa este dominată de instalaţii fabricate din siliciu, in cazul celulelor solare pe baza de plachete de siliciu monocristalin, şi siliciu amorf in cazul celulelor pe baza de straturi subţiri.

Ca u exemplu semnificativ ce merita relatat este cazul spaniolilor care au construit cea mai mare centrală de energie solară din lume. Cu o capacitate de 20 de megawaţi, instalaţia care a revoluţionat piaţa energiilor alternative alimentează deja 10.000 de gospodării. Centrala fotovoltaică în formă de turn are înălţimea unei clădiri cu 54 de etaje. Este constituită din peste 1.200 de panouri care folosesc razele solare pentru generarea energiei.

Cu o capacitate de 20 de megawaţi, instalaţia construită de compania Abengoa Solar în Sevilla depăşeşte cu mult producţia de energie a celorlalte centrale solare din lume. Pe locul doi se situează centrala din Nevada, SUA, cu o capacitate de 14 megawaţi. Compania spaniolă mai administrează o centrală solară în Spania, cu o capacitate de 10 megawaţi.

“Printr-un proiect foarte complex la care lucrăm, intenţionăm ca până în 2013 să aducem capacitatea de producţie a companiei la 300 de megawaţi”, a spus reprezentanţii Abengoa Solar.

După calculele companiei, noua centrală fotovoltaică, generatoare de energie alternativă, scuteşte eliminarea în atmosferă a 12.000 de tone de dioxid de carbon.Producţia mondială de energie solară a crescut de două ori în 2008, faţă de anul precedent, de la 2,4 gigawatti la 5,5 gigawaţi, potrivit Asociaţiei Europene din Industria Fotovoltaică. “Spania reprezintă în prezent aproape jumătate din instalaţiile producătoare de energie solară din întreaga lume”, spun reprezentanţii Asociaţiei.

Cel mai mare producător de pe piaţa energiei solare este Spania, cu o capacitate totală de 2.500 de megawaţi. Următoarele locuri în top le ocupă Germania, cu o capacitate de 1.500 de megawaţi şi Statele Unite ale Americii, a căror capacitate ajunge la doar 340 de megawatti.

O intrebare importanta la care incercam sa cautam un raspuns :

Ce este energia solara?

Intr- un mod cat mai simplu, reprezinta energia venita de la soare. Caldura si lumina pe care soarele ni le ofera sunt esentiale pentru viata. Puteti macar sa va imaginati viata fara soare? Toata lumea se bazeaza pe soare pentru beneficiile lui. Stiati ca pamantul primeste 174 petawatts de expunere la soare sau radiatii de la soare? Acest lucru se intampola in partea superioara a atmosferei. Aproape 30% din aceasta este reflectata inapoi in spatiu. Restul de procente este absorbit de nori, masa terenurilor si oceane.

Energia solara a adus imbunatatiri semnificative in mai toate sectoarele industriei din ziua de azi. Toti incearca sa se foloseasca de ea cat mai mult posibil, si sa -i exploateze la maxim serviciile oferite. Daca ar fi sa va ganditi la o industrie care nu ar putea supravietui fara soare, care ar fi prima care v-ar trece prin minte? Exista foarte

multe sectoare care se bazeaza pe beneficiile soarelui. Dar industria agriculturii si a horticulturii nu va prospera fara soare. Aceste doua ramuri nu au alte optiuni. daca soarele ar disparea, agricultura si horticultura ar disparea. Soarele este necesar in cadrul acestor doua procese pentru a-si putea creste produsele. Apoi, este necesar pentru oameni, precum si pentru animale. Productivitatea acestor sectoare va depinde de cantitatea de energie pe care o primeste de la soare. Aceasta trebuie sa fie echilibrata in toate modurile. Niciodata nu poate fi in cantitati prea mici. Si de asemenea nu trebuie sa fie nici in cantitai prea mari.

Daca energia provenita de la soare este prea putina, plantele nu se vor putea dezvolta corespunzator. Agricultorii nu vor atinge necesarul de reolte pentru a alimenta populatia. Si daca este prea multa, va deteriora culturile. Acest lucru va determina, de asemenea, efecte negative asupra sanatatii oamenilor. Dar , in al doilea caz, oamenii se pot gandi la modalitati de a obtine energia necesara, incercand sa reduca manual cantitatea de caldura care va fi directionata spre plante. Dar daca situatia devine greu de suportat se poate ajunge la seceta sau chiar decese. Agricultorii trebuie sa stie cand soarele e sus si straluceste, cand zilele insorite vor fi lungi, si factori asemanatori pentru a putea stabili ce fel de plante sa cultive pentru a putea supravietui in asemenea conditii meteorologice. Aici sunt doar cateva lucruri pe care le pot face pentru a optimiza la maxim beneficiile energiei care vine de la soare.

Panourile fotovoltaice sunt foarte economice in ceea ce priveste furnizarea de electricitate locatiilor aflate la distanta, cum ar fi exploatatii agricole, ferme, livezi si alte operatiuni agricole.O locatie este considerata “aflata la distanta” si daca se afla la 15 m de o sursa de energie existenta. Fotovoltaicele pot fi mult mai ieftine decat instalarea unei linii de curent electric si a unor transformatoare si pot fi folosite fie in aplicatii precum gradurile electrice, iluminarea constructiilor, pomparea apei, fie adaparea animalelor sau irigarea culturilor. Utilizarea panourilor solare este mult mai indicata in agricultura decat folosirea generatoarelor sau a turbinelor eoliene in special datorita intretinerii (rezistenta la intemperii, distantele mari fata de unitatile specializate, lipsa unui personal calificat pentru supraveghere).

In continuare vom incerca ca exemplificam un “sistem de pompare a apei cu panouri solare pentru irigarea unei gradini”

Pomparea apei :Aceasta activitate reprezinta una dintre cele mai simple, si adecvata in acelasi timp utilizare a panourilor fotovoltaice. De la irigarea culturilor pana la pastrarea apei pentru utilizarea in domnesticie, sistemele fotovoltaice de alimentare cu apa indeplinesc o gama variata de necesitati. Majoritatea acestor sisteme au avantajul de a stoca apa pentru utilizare, in momentele in care nu e soare, eliminand astfel necesitatea unei baterii, consolidand simplicitatea si reducerea costurilor generale ale sistemului.Alimentarea ventilatoarelor electrice pentru circulatia aerului reprezinta o alta intrbuintare a sistemelor fotovoltaice. Fermele moderne de pasari si porci si –au dublat sau chiar triplat productia prin cresterea animalelor in locuri inchise. O alta utilizare a fotovoltaicelor este luminarea in cladirile agricole. Rularea cablurilor electrice de la retea poate fi o alternativa destul de scumpa, intrucat orele de lucru si productivitatea se pot imbunatati semnificativ intr- o incapere iluminata. Acest lucru este valabil in special pentru cei care isi folosesc orele de seara pentru operatiile de reparatii si intretinere a echipamentelor. Sistemele fotovoltaice pot reprezenta o solutie mai buna in dauna corpurilor de iluminat conventionale, lanterne si lampi cu combustibil fosil. In plus, ele ofera mai multa lumina, lumina de calitate si nu emite fum.

In perioadele caniculare cand necesarul de apa este ridicat , panourile fotovoltaice au randament maxim . Sistemele se pot proiecta in functie aplicatie.

Daca necesarul de apa trebuie acoperit permanent(zi/noapte , senin/noros) si nu exista posibilitatea acumularii apei pentru acest interval , energia generata de panourile fotovoltaice va fi acumulata in baterii(vezi solutii constructive).

Daca necesarul de apa poate fi acoperit prin depozitarea apei in bazine , sistemul nu trebuie sa contina si bateriile pentru stocarea energiei.   Deci ne propunem realizarea unei gradini ecologice cu un sistem de irigare realizat cu ajutorul unei pompe solare conectate direct la un panou solar fotovoltaic, rezultatul obtinut fiind un sistem de pompare ecologic.

O pompa Lorentz cuplata la un panou solar fotovoltaic cu o putere de numai 150W se pot obtine aproximativ 13000 Litri de apa pe zi, de la o adancime de 10 m, in perioada de vara. De retinut ca acesta pompa functioneza zilnic, automat folosind doar energie solara.  O asemena pompa poate produce : 

13000 litri/zi x 30 zile = 390.000 Litri /luna ( 390 m3 /luna )

Sistemul de principiu pentru sistemul solar folosit la pomparea apei este format din: panouri solare; regulator-controler pompa de apa;

Sistemul functioneaza in curent continu(DC) la 12V sau 24V.Presupunem realizarea unui sistem simplu de pompare fara acumulatori de stocare a

energiei.

Irigarea se va face prin picurare.Sistemul prin picatura se afla pe primul loc al clasificarii irigatiei viitorului. Spre diferenta de sistemele (de acum inaite) primitive ce se afla inca pe campuri, irigatia prin picurare permite distribuirea apei direct la radacina oricarei plante, reducand astfel consumul cu 70%. in plus, din moment ce plantele beneficiaza de un ambient cu o umiditate optima, irigatia prin picurare permite obtinerea unor recolte si mai bogate: pana la 90% mai mult!

Pentru calculul necesarului de materiale vom lua in calcul urmatoarele dimensiuni reprezentate si in schita urmatoare:

Diametru fanta 50 cmAdancime fantana 5 mAdancime de pompare 19 m (1.9bar)Distant fantana rezervor 20 mDiametrul tevii 1.3cmElevatie de la fantana la rezervor 0.5 mInaltime rezervor 2 mVolum rezervor 4,5 m³Volum de apa necasar pe zi 4 m³Capacitate fantana 0.7 m³/h

Sistemul de irigare la care ne-am referit trebuie sa fie necesar pentru o gradina de dimensiuni relative mici aproximativ 300m² folosindu-se irigarea prin picurare.   Aceasta pompa poate functiona cu panouri solare avand o putere intre 24W si maxim 35W.

Capacitate pompare/zi (condiţii de 6 ore de soare) in funcţie de gradul de insoleiere şi adâncimea puţului:

                           

5 metri 636 litri 378 litri 168 litri

10 metri 462 litri 294 litri 138 litri

15 metri 372 litri 222 litri 108 litri

20 metri 264 litri 168 litri 72 litri

Din table rezulta ca pentru distanta putului de 8 m avem o capacitate de pompare de :

5m…………..636 l8m…………..x l10m…………462 l

10-5m…………462-636 l8-5 m…………y

5…………..-174 l3……………y l

y=3*174/5 y=-104.4 l

x=462+104.4 566 l pentru o zi insorita

Pentru exemplul conceput vom folosii urmatoarele: 1 panou fotovoltaic tip USP12 ce are o putere maxima de 12w; 1 pompa solara tip LJ20 alimentata la o tensiune de 24V u o putere maxima

de 12w ce are inclus regulator propriu; 880m banda de picurare Aqua TraXX;

Banda de picurare AquaTraXX se deosebeste dupa structura emitentului, care are forma de fâsie îngusta si elastica, încleiata pe suprafata interna a tubului din polietilena cu grosimea de la 100 pâna la 360 microni. Distanta între picuratori este de 10, 20 sau 30  mm si consumul de apa este de 1.14, 0.86, 0.64 si 0.57 l/ora pentru o picuratoare.

 AVANTAJELE SISTEMULUI:

            Printre avantajele acestor echipamente, instalatii si sisteme de irigatii fata de solutiile pentru udare prin aspersie sau pe brazda enumeram:

 pret extrem de scazut pe metru liniar;  ridicarea randamentului culturilor;

 productie de mai buna calitate;

 economie de apa si energie;

 economie de ingrasaminte si tratamente chimice;

 mai putine buruieni in zona de cultura si evitarea aparitiei de soluri compacte;

 zona de pamant uscat intre randurile de plante ce permite un acces permanent in sola cultivate;

BIBLIOGRAFIE

WWW.LISTPICURARE.RO

WWW.BIOSOLARIS.RO

WWW.CONSUMREDUS.RO

CURS FOTOVOLTAICE PROFESOR NICOLAE OLARIU UNIVERSITATEA “VALAHIA”

CURS PROFESOR HORIA ANDREI UNIVERSITATEA “VALAHIA”