Energia solar este energia radiant produs n Soare ca rezultat al reaciilor de fuziune nuclear

Energia solar este energia radiant produs n Soare ca rezultat al reaciilor de fuziune nuclear. Ea este transmis pe Pmnt prin spaiu n cuante de energie numite fotoni, care interacioneaz cu atmosfera i suprafaa Pmntului. Intensitatea radiaiei solare la marginea exterioar a atmosferei, cnd Pmntul se afl la distana medie de Soare, este numit constant solar, a crei valoare este de 1,37*106 ergs/sec/cm2 sau aproximativ 2 cal/min/cm2. Cu toate acestea, intensitatea nu este constant; ea variaz cu aproximativ 0,2 procente n 30 de ani. Intensitatea energiei solare la suprafaa Pmntului este mai mic dect constanta solar, datorit absorbiei i difraciei energiei solare, cnd fotonii interacioneaz cu atmosfera. 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. Absorbia natural a energiei solare are loc n atmosfer, n oceane i n plante. Interaciunea dintre energia solar, oceane i atmosfer, de exemplu, produce vnt, care de secole a fost folosit pentru morile de vnt. Utilizrile moderne ale energiei eoliene presupun maini puternice, uoare, cu design aerodinamic, rezistente la orice condiii meteo, care ataate la generatoare produc electricitate pentru uz local, specializat sau ca parte a unei reele de distribuie local sau regional. Aproximativ 30% din energia solar care ajunge la marginea atmosferei este consumat n circuitul hidrologic, care produce ploi i energia potenial a apei din izvoarele de munte i ruri. Puterea produs de aceste ape curgtoare cnd trec prin turbinele moderne este numit energie hidroelectric. Prin procesul de fotosintez, energia solar contribuie la creterea biomasei, care poate fi folosit drept combustibil incluznd lemnul i combustibilele fosile ce s-au format din plantele de mult disprute. Combustibili ca alcoolul sau metanul pot fi, de asemenea, extrase din biomas. De asemenea, oceanele reprezint o form natural de absorbie a energiei. Ca rezultat al absorbiei energiei solare n oceane i cureni oceanici, temperatura variaz cu cteva grade. n anumite locuri, aceste variaii verticale se apropie de 20C pe o distan de cteva sute de metri. Cnd mase mari de ap au temperaturi diferite, principiile termodinamice prevd c un circuit de generare a energiei poate fi creat prin luarea de energie de la masa cu temperatur mai mare i transfernd o cantitate mai mic de energie celei cu temperatur mai mic. Diferena ntre aceste dou energii calorice se manifest ca energie mecanic, putnd fi legat la un generator pentru a produce electricitate. Captarea direct a energiei solare presupune mijloace artificiale, numite colectori solari, care sunt proiectate 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. n continuare vom prezenta cteva dintre aceste dispozitive de captare a energiei solare:

A. Panourile solare

Fluidul 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. Acestea nlocuiesc acoperiurile locuinelor. 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. n anexa 1 este prezentat schema simplificat a unei locuine care folosete pentru nclzire sau rcire astfel de panouri solare.

B. Captatoare de energie

Pentru aplicaii cum sunt aerul condiionat, centrale de energie i numeroase cereri de cldur, panourile solare nu pot furniza fluide colectoare la temperaturi suficient de mari pentru a fi eficiente. Ele pot fi folosite ca dispozitive de nclzire n prima faz, dup care temperatura fluidului este apoi crescut prin mijloace convenionale de nclzire. Alternativ, pot fi folosite colectoare mai complexe i mai scumpe. Acestea sunt dispozitivele care reflect i focalizeaz razele solare incidente ntr-o zon mic de captare. Ca rezultat al acestei concentrri, intensitatea energiei solare este mrit i temperatura care poate fi atins poate ajunge la cteva sute sau chiar cteva mi de grade Celsius. Aceast captatoare trebuie s se mite dup cum se mic soarele, pentru a funciona eficient i dispozitivele utilizate se numesc heliostate. C. Celule fotovoltaice

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.

Aceste dispozitive stau la baza unor aplicaii care variaz de la sisteme simple i pn la sistemele cele mai complexe. n continuare vom ncerca s prezentm unele dintre aceste aplicaii i, de asemenea, vom arta care sunt avantajele i dezavantajele folosirii unor astfel de dispozitive. ntre 1984 i 1991 au fost construite n sudul Californiei nou uzine ce folosesc panourile solare cu o capacitate total de 354 Mwe. Cu toate c a fost redus costul pentru instalarea acestei tehnologii de la 6000$/KMe la 3000$/KMe, de-a lungul acestei perioade, compania care a construit aceste uzine a dat faliment n 1991, cnd subveniile guvernului pentru rennoirea acestor tehnologii au fost retrase. Astzi uzinele funcioneaz sub un management sigur. O versiune important a acestei tehnologii a fost de curnd dezvoltat i se plnuiete ca aceasta s fie instalat n mai multe ri n dezvoltare, care probabil c pn n anul 2000 va spori producia de energie solar cu cteva sute de megawai. Captatoarele solare tot mai avansate fac posibil captarea unei clduri solare din ce n ce mai ridicate. Se preconizeaz c aceste tehnologii vor conduce la o scdere a costurilor de generare a electricitii. Temperaturile pn la 400C sunt captate cu ajutorul panourilor solare. Captatorul solar colecteaz temperaturi ntre 400C i 1500C, iar celulele fotovoltaice reuesc s capteze temperaturi peste 1500C. Exist dispozitive solare utilizate pentru nclzirea, rcirea i iluminarea cldirilor. O parte dintre acestea au la baz designul arhitectural, care exploateaz resursele solare n scopul nclzirii sau rcirii construciilor. Ele folosesc nsi cldirea - pereii, acoperiurile, ferestrele - pentru a capta, depozita i distribui energia solar. n ultimul deceniu n Statele Unite au fost construite sute de mii de astfel de cldiri. Rcirea pasiv este un mijloc care asigur confortul n lunile clduroase. Se utilizeaz elemente ale cldirii pentru a reduce transferul de cldur prin acoperi, perei i pentru a ventila i rcori spaiile interioare. Rcirea solar poate fi obinut folosind energia solar ca o surs de cldur ntr-un circuit de rcire. O component a sistemului de rcire solar, numit generator, cere o surs de cldur. Pentru c este nevoie de temperaturi de peste 150C, pentru ca dispozitivele de absorbie s funcioneze eficient sunt preferate captatoarele de energie n locul panourilor solare, pentru aceste dispozitive de rcire. O alt important aplicaie a naltei temperaturi obinute de aceste colectoare de energie este cuptorul solar. Cel mai mare cuptor solar, localizat la Odeillo n Munii Pirinei, n Frana, folosete 9600 de reflectoare cu o arie total de aproximativ 1860m2 pentru a produce temperaturi de circa 4000C. Dispozitivele solare de nclzire a apei sunt o alt aplicaie ce au o larg rspndire n lume. Exist 4,5 milioane de astfel de dispozitive n Japonia i 600.000 de dispozitive n Israel. n Cipru, peste 90% din locuine prezint asemenea dispozitive. n rile aflate n curs de dezvoltare, n special cele din Asia i Africa, dei dispozitivele de nclzire a apei nu sunt foarte utilizate, perspectivele nmulirii lor sunt mult mai mari dect n rile industrializate. Aceste aprecieri au fost fcute pe baza faptului c, n regiunile tropicale, temperaturile sunt mult mai ridicate n comparaie cu cele din regiunile temperate. Mai mult dect att, gazele naturale nu pot fi procurate att de uor pentru uzul casnic, n multe regiuni, i de aceea sunt mult mai des folosite astfel de tehnologii. Astfel, dezvoltarea acestor dispozitive ar duce la scderea consumului de energie electric i creterea, n acelai timp, a consumului de energie solar, fapt ce ar fi mult mai economic i eficient pentru economiile acestor ri. n anexa 2 este prezentat o aplicaie ce folosete un colector solar pentru nclzirea apei. 20 de productori i distribuitori de astfel de dispozitive opereaz n 10 ri din Africa de Sud. Exist ri unde chiar guvernele au intervenit pentru promovarea unor astfel de tehnologii, ca de exemplu n Cipru, ns exist i ri unde guvernele nu susin construirea acestor dispozitive solare, cum este, de exemplu, Malta. Celulele 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. 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.

Politica social dus n raport cu asigurarea mediului ambiant, respectiv a armoniei ntre construcie i mediu, trebuie s aib n vedere, printre altele, i aspecte legate de calitatea confortului. n strintate, n special n rile avansate, se fac anchete care au un caracter tehnic, sociologic i medical. ntrebrile puse subiecilor se refer att la ansamblul construciei n raport cu mediul ambiant, ct i la condiiile de confort asigurate att la locul de munc, ct i la domiciliu. Aceste anchete au artat c, n majoritatea cazurilor instalaiile ce folosesc energia solar asigur confortul termic n proporie de 70-75%, fr a periclita mediul ambiant.

Demersuri pe plan mondial, cu privire la folosirea surselor de energie neconvenionale

Ziua de 22 aprilie fost a desemnat Ziua Pmntului din anul acesta. n aceast zi, jumtate de miliard de oameni de pe ntreg globul se vor reuni pentru a discuta problema resurselor energetice epuizabile i nlocuirii acestora cu resursele de energie neconvenionale. Mai mult de 3000 de grupuri din 166 de ri vor pregti evenimentele ce vor avea loc pe 22 aprilie.

Societatea Internaional de Energie Solar (ISES) cu 35.000 de membrii din peste o sut de ri, pledeaz pentru folosire energiei solare nc din 1954. De-a lungul anilor, membrii acestei organizaii au inventat tehnologii nucleare foarte eficiente pentru nlocuirea combustibililor.

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. n plus, n astfel de coli sunt organizate competiii. Obiectivul acestor competiii este de a permite studenilor s i exprime prerile lor, n scris sau n art (pictur, sculptur, etc.) despre aceste sisteme solare i despre rolul pe care acestea l joac n viaa noastr. Ctigtorii finali ai acestei competiii vor primi o excursie gratuit la ntlnirea milenar organizat de ISES n New Mexico pe 17-22 septembrie, unde vor fi premiai.

Pe 23 august 2000 va avea loc la Pitsburgh ntlnirea tuturor cercettorilor din lume din domeniul energiei solare. Iat cteva nume importante din acest domeniu:

ROBIN K. VIEIRA, manager de programe i analist n cercetare la Centrul de Energie Solar din Florida (FSEC), care pe 3 ianuarie 2000 a fost desemnat cercettorul anului din FSEC. Cu o vechime de peste 15 ani n proiectarea caselor solare, Vieira a fost principalul colaborator n peste dou milioane de contracte ncheiate pentru realizarea unor astfel de construcii;

HOWARD WALLANCE, preedinte al ntreprinderilor HKW a fost nominalizat pe 17 noiembrie 1999ca cel mai bun manager care a promovat pe pia casele solare.

Alte nume importante din acest domeniu sunt : Alex Deeb - omul de onoare al companiei Tri-Country Construction; Michael Steven Scott - omul de onoare al companiei Energy Conservation Systems; Mike Richel - omul de onoare al companiei Richel Construction; Claudia Marianne Marrero-Michalik omul de onoare al companie San Mar Service Corporation; Pierce Jones omul de onoare al companiei Florida Energz Extension Service.

n concluzie, referitor la legtura dintre construcie i mediul ambiant, se pot sublinia urmtoarele elemente eseniale:

mediul ambiant constituie o problem prioritar i calitatea lui trebuie asigurat continuu; cerinele calitii i performanele energetice trebuie s fie asigurate; asigurarea unei cooperri strnse ntre toi factorii care contribuie la realizarea construciei i a unui dialog ntre toi specialitii (arhiteci, constructori, instalatori) n fazele de proiectare; angajarea specialitilor n instalaii termice (nclzire, ventilare, climatizare, etc.) n realizarea unor norme viabile viznd asigurarea unui confort termic n ncperi pe toat perioada unui an, fr impact asupra mediului ambiant; cooperarea internaional, prin care specialitii din fiecare ar pot contribui substanial la soluionarea problemelor energetice din construcii n strns legtur cu mediul ambiant. 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. S-au 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 construciemediu 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.

Energia solar, energia eolian, energia geotermal sunt cunoscute sub numele de surse neconvenionale de energie. Unul dintre obiectivele menionate de Comunitatea Economic European (CEE) privind protejarea combustibililor clasici l constituie implementarea noilor forme de energii regenerabile. Noile surse de energie sunt destul de diversificate, prezentnd multiple avantaje, dar i dezavantaje, precum i posibiliti de utilizare mai mari sau mai mici n tehnica instalaiilor. 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. Energiile regenerabile prezint, dup felul i natura lor, o serie de proprieti fizice i o serie de caracteristici tehnice. De asemenea, potenialul lor termo-energetic depinde de natura lor, precum i de posibilitile tehnice de care se dispune atunci cnd se ia n discuie sursa. Fiecare dintre sursele de energie regenerabile au fost studiate mai mult sau mai puin, n funcie de posibilitile financiare, precum i de posibilitile de implementare n diverse ramuri ale economiei i, n special, n instalaiile termice. Studiile i cercetrile continu i ceea ce se poate spune despre sursele regenerabile de energie este faptul c, pe plan mondial, investiiile fcute de unele state, sunt destul de modeste n momentul de fa, ntruct att investiiile n aparatura de conversie (energie termic, energie electric, etc.), ct i Cheltuielile de exploatare a instalaiilor realizate sunt nc destul de ridicate. 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. Pn la cucerirea cosmosului, care reprezint o surs inepuizabil de energie, omenirea ncearc s se limiteze la resursele pe care le pune la dispoziie planeta noastr i, de asemenea, ncearc s exploateze la maximum energiile solar, eolian, geotermal.