UNIVERSITATEA DIN CRAIOVAFACULTATEA DE ELECTROTEHICA

SISTEME ENERGETICE INFORMATIZATE

FINANTAREA INVESTITIILOR IN ENERGETICA - Conversia de energie - energia fotovoltaica, conversia fotovoltaica, factorii de care depinde eficienta celulei solare, statie de pompare

Prof. Coord.: Masterant:Prof.dr.ing. Denisa Rusinaru Ciolacu Mihai

- 2012CUPRINS

1.INTRODUCERE.................................................................3

2.ENERGIA FOTOVOLTAICA...........................................5

2.1.NOTIUNI INTRODUCTIVE.......................................................5

2.2.CONVERSIA FOTOVOLTAICA...............................................6

2.3.FACTORII DE CARE DEPINDE EFICIENTA CELULEI SOLARE..............................................................................................7

2.4.CONVERSIA VOTOVOLTAICA IN ROMANIA....................8

2.5. PERSPECTIVE IN PRODUCEREA CURENTULUI ELECTRIC PRIN EFECT FOTOVOLTAIC..................................8

3.SISTEME FOTOVOLTAICE AUTONOME......................9

3.1.FABRICA DE PRODUCERE A PANOURILOR FOTOVOLTAICE SATU MARE ..................................................11

3.2.STATIE DE POMPARE PENTRU O FERME DE VITE......13

3.3.FANTANA SOLARA SI MOARA DE APA.............................14

4.CONCLUZII................................................................................15

5.BIBLIOGRAFIE........................................................................16

1.INTRODUCERE

2

Comisia Europeana estimeaza ca aproximatix 34% din cererea de electricitate a Uniunii Europene va rezulta din surse regenerabile pana in anul 2020 pentru a indeplini obiectivul global de energie.

Dezvoltarea potentialului din Europa, pentru utilizarea energiei regenerabile va contribui la securitarea aprovizionarii cu energie, va reduce importurile si va imbunatatii protectia mediului, va crea noi locuri de munca, si va consolida eforturile spre o societate bazata pe cunoastere.

Sursele de energii regenerabile(RES) joaca un rol tot mai important in cadrul sistemului european de energie electrica.

Energia solara a devenit un subiect foarte important din momentul in care omenirea a realizat ca energia constituie o componenta vitala a existentei sale in conditiile civilizatiei moderne.

Soarele ofera o alternativa posibila la solutionarea crizei de energie care a devenit din ce in ce mai accentuara odata cu cresterea populatiei, ridicarea standardului sau de viata, cu epuizarea combustibililor fosili si nucleari de fisiune.

Utilizarea energiei solare in vederea producerii energiei electrice prezinta urmatoarele avantaje:- sursa regenerabila, perena, gratuita;- diversitatea aplicabilitatilor;- nu produce poluare asupra mediului ambiant;- perioada de functionare relativ mare, peste 25 de ani, perioada de garantie 20 de ani a modulelor fotovoltaioce;- cheltuieli cu mentenanta reduse;- frecventa defectiunilo sistemului foarte redusa;- posibilitatea de monitorizare a datelor;- posibilitatea conectarii la sistemul electroenergetic public;

Desi sistemele solare prezinta avantaje, trebuie sa tinem sema si de unele dezavantaje cum ar fi:- pentru puteri mari se solicita suprafete mari de module fotovoltaice;- sistemul nu produce energie noaptea in perioadele reci si innorate;- depind de valorile radiatiei solare zilnice;Sistemele fotovoltaice realizeaza conversia directa a energiei radiatiei solare in energie electrica, fara o poluare sonora si fara emisia unor gaze poluante in mediul ambiant. Sistemele fotovoltaice au fost folosite la inceput pentru a echipa satelitii, dupa aceea pe scara mai larga la echiparea ceasurilor electronice precum si a unor calculatoare. In ultimii 20 de ani sute de mii de sisteme fotovoltaice au fost instalate in toata lumea. Ele sunt folosite in orase mici, precum si in sate in care implementarea unui astfel de sistem este mai rentabila decat conectarea la reteaua electrica sau folosirea de baterii / minigeneratoare de curent. Astfel de sisteme au functionat perioade lungi de timp in domenii ca pomparea apei, electrificarea unor localitati sau case izolate, gestionarea unor rezerve de apa, aparate de taxat pentru parcari, telecomunicatii sau protectie catodica.  Totusi, in ciuda succesului acestor sisteme in toata lumea piata lor reprezinta numai un procent mic din ceea ce ar putea reprezenta piata de sisteme independente. Motivul principal nu este atat unul care tine de tehnologie cat lipsa de informatie. Existenta sistemelor fotovoltaice si rentabilitatea implementarii lor, atat la nivel urban cat si rural nu este cunoscuta de potentialii utilizatori. Deasemenea, exista conceptii gresite privind tehnologia fotovoltaica, ca de exemplu ideea ca sistemele fotovoltaice functioneaza numai in lumina solara intensa, tehnologia este prea sofisticata sau ideea ca ar fi prea scumpa comparativ cu extinderea retelei electrice. In continuare sunt prezentate peste 40 de exemple de aplicatii fotovoltaice eficiente si fiabile

3

care functioneaza atat in Europa cat si in alte tari ale globului. Se demonstreaza astfel urmatoarele caracteristici ale sistemelor fotovoltaice: - exista locuri unde sistemele fotovoltaice reprezinta cea mai simpla si ieftina optiune pentru alimentarea cu energie electrica; - larga varietate de produse care au fost dezvoltate pentru utilizarea sistemelor fotovoltaice; - zonele unde energia electrica fotovoltaica este atat fiabila cat si testata experimental; - exemple de produse care au un potential ridicat de piata. Aceste exemple pot fi deosebit de valoroase pentru persoanele a caror activitate se desfasoara in zone indepartate de surse coventionale de energie, pentru experti in domeniul surselor de energie regenerabila, precum si pentru toti cei interesati in vastul potential ala acestei tehnologii deosebit de flexibile, care este energia fotovoltaica. Exemplele au fost selectionate dintr-un program al Agentiei Internationale de Energie (IEA).

4

2.ENERGIA FOTOVOLTAICA

 

Notiuni introductive Conversia fotovoltaica

Factorii de care depinde eficienta celulelor solare

Conversia fotovoltaica in Romania

Perspective in producerea curentului electric prin efect fotovoltaic

 

2.1.NOTIUNI INTRODUCTIVE

a) Epuizarea iminenta a rezervelor de combustibil fosil traditional (carbune, petrol, gaze naturale), problema majora pentru populatie.b) Ce trebuie facut, cu ce trebuie compensata epuizarea resurselor fosile ?- criza energetica la nivel mondial a stimulat pretutindeni in lume cercetarile pentru dezvoltarea si valorificarea eficienta a unor surse noi, alternative de energie.- Interes deosebit il prezinta Soarele.- Pamantul primeste de la Soare 5180 Q=5180*2,93*1014 kWh .- Puterea radiata de Soare in afara atmosferei terestre are o densitate medie de 0,1353 W/cm2 .- La nivelul solului, densitatea puterii radiate scade datorita absorbtiei si imprastierii diferitelor gaze.c) Posibilitati de utilizare a energiei solare prin transformarea ei in alte forme de energie decat cea electrica:- in energie biologica- in energie mecanca- in energie termicad) Calitatea unui dispozitiv de transformare a energiei solare in energie electrica se apreciaza dupa:- eficienta de conversie- pretul de cost al dispozitivului- durata lui de viata

5

2.2.CONVERSIA FOTOVOLTAICA

a) Prezentare generala- Antoine Becquerel a descoperit posibilitatea generarii unui curent electric in circuit sub actiunea luminii (in 1839).- Frenkel (1935), Landau (1936) au dat explicatii asupra fenomenului.- Conversia radiatiei solare in energie electrica prin efectul fotovoltaic se realizeaza in celule solare- Se realizeaza direct, fara etape intermediare de transformare in caldura.b) Celula solara- dispozitiv realizat cu materiale semiconductoare.- clasificarea celulelor solare:- dupa natura neomogenitatii– homojonctiune– heterojonctiune- celule cu:- semiconductoare monocristaline- straturi subtiri- policristaline sau amorfe- pe baza de Si cele cu GaAs: dau eficienta de conversie ridicata 18-25%- CdS policristalin, Si amorf hidrogenat: au randamente mai scazute: 5-12%c) Aplicatii in care intervin celule solare ca generatoare electrice- generatoare izolate de mica putere (calculatoare de buzunar, radioreceptoare portabile)- generatoare locale de putere medie (pompe de irigatii, aparate electrocasnice, vehicule electrice)- generatoare de mare putere (pentru alimentarea retelei de curent alternativ)

6

2.3.FACTORII DE CARE DEPINDE ENERGIA CELULEI SOLARE

O celula fotovoltaica transforma doar o parte din energia radianta in energie electrica, restul se pierde ca urmare a unei serii de procese ce se petrec in timpul conversiei:- procese care intervin cand energia este sub forma de radiatie (pierderi de radiatie)- procese care intervin dupa ce energia radianta a fost transferata semiconductorului- pentru fiecare proces se poate defini cate o “eficienta partiala”· eficienta celulei rezulta ca un produs al tuturor “eficientelor partiale”- patrunderea luminii prin suprafata- absorbtia incompleta- generarea purtatorilor- pierderi de curent datorate recombinarii- pierderi de tensiune<O:P</O:P· jumatate din energia absorbita de la soare se pierde sub forma de caldura· aceasta pierdere face ca maximum de eficienta sa fie in jur de 25%.

7

2.4.CONVERSIA FOTOVOLTAICA IN ROMANIA

Cu referire la contextul Romania, se poate afirma urmatoarele:- productia de energie electrica pe baza de panouri fotovoltaice este oprtuna in contextul actual din Romania- conform cadrului legislativ care sustine energiile regenerabile perioada de recuperare a investitiei este intre 5-14 ani.

In acest sens sprijinirea productiei de energie electrica pe baza de panouri fotovoltaice in Romania la nivel european care este de aproximativ 2-3 euro /Wp.S-au facut cercetari incepand din anii ’70 avand urmatoarele obiective:- realizarea de generatoare solare cu caracter demonstrativ- realizarea unei fabricatii de serie mica de baterii solare

8

- dezvoltarea cercetarilor in domeniul bateriilor fotovoltaice.In 1982 I.C.P.E. a omologat primele module fotovoltaice cu celule din siliciu monocristalin produse de I.P.R.S.. S-au facut studii privind celulele fotovoltaice lichide cu electrozi semiconductori si pentru fotoelectroliza apei. Primele baterii cu celule in strt subtire au fost realizate in perioada 1980-1984.

2.5.PERSPECTIVE IN PRODUCEREA CURENTULUI ELECTRIC PRIN EFECT FOTOVOLTAIC

Energia electrica produsa prin tehnologie fotovoltaica s-a afirmat ca o sursa de electricitate viabila din punct de vedere economic si nu numai.Vanzarile mondiale de sisteme fotovoltaice au atins in 1998 150 MW, dupa un deceniu in care au crescut cu 15-20% pe an.Ajungand la o cifra de vanzari de aproximativ 1 miliard de dolari, industria fotovoltaica a stabilit noi standarde a patruns pe noi piete si si-a demostrat viabilitatea din punct de vedere economic.

3.SISTEME FOTOVOLTAICE AUTONOME

Pompare:

Statie de pompare in Africa Statie de pompare apa pentru o ferma de vite Statie de pompare apa pentru sate Fantana solara si moara de apa

Comunicatii:

9

Sisteme de repetare a semnalului in telecomunicatii Statii de amplificare a semnalului TV in zone izolate Turn de supraveghere a padurilor pentru detectarea incendiilor Telefoane de avarie Statii de repetare a semnalului in zone izolate Statii de repetare a semnalului telefonic de urgenta in zone montane de agrement Telefoane pentru urgente in zone montane de agrement

Control:

Monitorizarea debitului de gaz Aparat de taxat in parcari Sistem de protectie impotriva coroziunii Lubrificanti pentru calea ferate Masurarea nivelului apei la lacurile de acumulare

Iluminare:

Sisteme pentru iluminatul stradal Sisteme pentru iluminatul tunelelor Sisteme autonome pentru iluminat Sisteme pentru iluminatul stradal Iluminarea statiilor de autobuz

Transport

Incarcarea acumulatorilor de masina Propulsie electrica pentru barci de vacanta

Semnalizare

Geamanduri Faruri maritime

Racire

Frigider medical

Instalatii pentru case izolate

Case mobile Case de vacanta Vile pentru vacanta Case izolate in Franta Case izolate in Germania Case izolate in Italia Oaza WWF Electrificare rurala cu sisteme fotovoltaice Electrificare rurala cu sisteme fotovoltaice in insule

10

Generatoare de energie izolate

Generatoare izolate de energieStocarea energiei electrice prin utilizarea hidrogenului pentru sisteme fotovoltaiceFerme in Polinezia FrancezaInsulele Cook - proiect de electrificareRefugiu alpin - Les EvettesMic generator de energie electrica pentru sateSisteme containerProiectul ValorenSisteme fotovoltaice pentru altitudine mareSistem fotovoltaic portabilSistem hibrid Diesel/fotovoltaic pe o insula micaElectrificarea insulelor izolate

3.1.FABRICA DE PRODUCERE A PANOURILOR FOTOVOLTAICE SATU MARE ROMANIA

Scop: Producerea de panouri fotovoltaice in valoare de 150 mil de euro.Romania joaca un rol important in liga mare, cel putin teoretic, in ceea ce priveste

proiectele eoliene. Specilalistii din piata spun insa ca in cativa ani acest val de investitii isi va atinge punctul maxim in Europa, moment in care va lua amploare o noua tendinta, cea a proiectelor solare.

La Satu Mare in urma cu cateva zile un grup de investitori a dat drumul primei fabrici de panouri fotovoltaice din Romania. Desi productia nu este destinata acum pietei locale, cei

11

care au pariat 10 milioane de euro pe acest domeniu in plina criza spun ca se asteapta la incasari uriase.

Valul proiectelor eoliene se apropie de maxim, iar energia solara va fi urmatorul lucru mare cand vine vorba de regenerabile. Ideea alimentarii cu energie este supusa acum unor schimburi majore, tendinta fiind aceea de a putea produce electricitatea cat mai aproape de consumator deoarece transportul este foarte costisitor.

Acest grup numit Renovatio dezvolta acum pe plan european proiecte solare cu o capacitate totala de 250-300 MW si este localizat in Portugalia.

Tocmai pentru proiectele solare pe care le dezvolta, grupul Renovatio a decis sa investeasca prin intermediul diviziei Renovatio Solar, intr-o unitate de productie, astfel ca cel putin in prima faza, toate panourile iesite pe poarta fabricii de la Satu Mare vor alimenta investitiile pe care grupul le realizeaza in tari precum Italia sau portugalia.

Toata fabrica de la Satu mare este stapanita de roboti precum si de 17 locuri de munca si urmeaza a fi propuse alte 50 de locuri de munca in prima faza.

Panourile care ies pe poarta fabricii sunt destinate in proportie 100% exportului in contextul in care, din cauza lentorii legislative, domeniul solar nu este unul in plina dezvoltare in Romania.

Panourile fotovoltaice pot fi utilizate atat pentru parcurile de mari dimensiuni, asda cum se fac in Italia sau in portugalia dar si pentru acoperisurile oamenilor care vor sa devina independenti energetic.

Romania inca se chinuie sa aiba o schema de sprijin, iar pana atunci intreaga productie a acestei fabricii va fi exportata.

Energia solara este scumpa, iar pentru sprijinirea acesteia vor fi necesare multe certficate verzi,instrumentul prin care se incurajeaza aceste investitii.

Un MW de capacitate solar costa intre 3,2 si 3,5 milioane de euro in schim ce un MW de capacitate eolian costa 1,5-1,8 milioane de euro.

Echipamentele necesare dotarii acestei investitii nu sunt produse aici, ci sunt importate din tari cu traditie, cum ar fi Germania.Cam 25% din valoarea acestei investitii se regaseste local prin materialele de constructii sau prin diferitele aparate aduse.

Compania estimeaza ca intr-un interval de un an de zile va produce peste 200000 de panouri, echivalentul unei capacitati instalate de 50 MW.

Daca estimam consumul lunar intr-o gospodarie acesta este de 200-250 KWh, iar anual panourile produse la Satu Mare ar putea alimenta aproximativ 20000-25000 de locuinte, de doua ori mai putin decat in cazul unei capacitati similare, de 50 MW, in eolian.

Desi un panou este gata in 20 de minute acesta are un proces de realizare destul de complicat: mai intai panourile intra intr-un aparat de curatat prin spalare cu apa demineralizata, apoi urmeaza clatirea si uscarea cu aer,si dupa ce sticla este curatata si uscata deasupra ei se aplica o folie pe care sunt montate ulterior celulele fotovoltaice. Fiecare celula este verificata printr-o camera video dupa care urmeaza faza de sudare a acestora pe folie si apoi din nou verificarea. Faza urmatoare este laminarea panourilor care intra in mai multe cuptoare, doua de incalzire si unul de racire, apoi urmeaza faza de finisare prin aplicarea ramelor si a cutiei de conexiune. Dupa toate acestea panoul se pune in functie de capacitate in 6 categorii.

In tabelul de mai jos sunt mentionate costurile investitie in scopul producerii de panouri fotovoltaice precum si capacitatea de productie a acestei fabrici

Localizare Satu Mare Romania

Valoarea investitiei 10 milioane de euro

12

Capacitatea productiei 50 de MW pe an

Numar de angajati 17

Numar de panouri fotovoltaice produse anual 200000

3.2.STATIE DE POMPARE PENTRU O FERMA DE VITE

Scop: Pompeaza apa proaspeta pentru aprox. 140 de vite. Caderea de presiune este de 0 - 5 m,. functie de sistem.Avantaje: Pomparea continua de apa proaspata, productie ridicata de lapte, alimentare cu apa mai eficienta, pastrarea paturii freatice de apa, riscuri reduse de vaci imbolnavite.Observatii generale: Sistemul este livrat "la cheie" incluzand rezervorul (70-320 litri), pompa si sistemul fotovoltaic. Este conceputa pentru pomparea de apa din panza freatica (0 - 5 m.)

13

Informatii despre acest tip de sistem fotovoltaic

 Piata

Finantare Caracteristici sistem

Regiune Olanda Utilizatori Fermierii Putere40 Wp pentru apa de suprafata 80Wp pentru surse de apa mai profunde

Pozitie geografica

52grd N, 5grd E, nivelul marii

InvestitorFermierii, plata la cumparare

Baterie 85 pana la 185 Ah la 12V

Nr. Sisteme

5000 (200kWp) Cost produs2000-5000 USD

Cerere150Wh/zi numai in timpul verii la 7.5m. cubi la 1m

Potential in regiune

25000(1MWp)

Cost componente fotovoltaice

600-800 USD

Numar mediu de orede functionare

1-2 ani sau 1500 ore functionare

Fractiune cost pentru componentele fotovoltaice

20% Tip sistem Mobil, Izolat/Mobil

Potential pe glob

Tari: Belgia, Danemarca, Germania, Surinam, etc.

Distanta pana la retea

>0.5 km.Surse auxiliare

nu are

Durata de amortizare

Un anAn lansare pe piata

1980

3.3.FANTANA SOLARA SI MOARA DE APA

Scop: Conceput pentru a furniza apa pentru o fantana arteziana si o moara de apa in parcuri si gradini (decorativ).Avantaje: Pomparea apei dintr-un rezervor folosit la jetul de apa si la moara de apa. Conectat direct la o pompa cu motor cu curent continuu. Nu foloseste reteaua electrica, baterii si are un set limitat de facilitati de control.Observatii generale: Inaltimea jetului de apa si viteza de rotatie a rotii morii sunt direct proportionale cu intensitatea radiatiei solare.

14

Informatii despre acest tip de sistem fotovoltaic

 Piata

Finantare Caracteristici sistem

RegiuneInsula Cheju, Coreea

UtilizatoriInstitutul de cercetari energetice din Coreea

Putere3 kWp

Pozitie geografica

33,5 grd N, 127,5grd E

Investitor Guvernul coreean Baterienu are

Nr. Sisteme

2 (5 Wp) Cost produs 40.000 USD Cerere2 - 10 kWp

Potential in regiune

Cost componente fotovoltaice

16.000Numar mediu de ore de functionare

-

Fractiune cost componente fotovoltaice

40% Tip sistem Stationar

Potential pe glob

Distanta pana la retea

Surse auxiliarenu are

Durata amortizareAn lansare pe piata

1994

 

4.CONCLUZII

In ultimul timp se investeste foarte mult in aceste sisteme energetice alternative de producere a energiei electrice cum ar fi panouri solare, generatoarele eoliene etc.

Investitia intiala este marele dezavantaj al tuturor sistemelor energetice alternative si astfel si a celor bazate pe panouri fotovoltaice. Insa aceasta investitie se amortizeaza in timp, astfel incat pe mai multi ani, instalarea unui astfel de sistem este un lucru recomandat.

15

Exista desigur si alte dezavantaje, printre care putem enumera randamentul scazut al celulei fotovoltaice privit prin prisma energiei produse raportata la suprafat si dependenta acuta de radiatia solara (unghiul razei, temperatura, intensitatea, etc).

In ciuda pretului si a dependentei de factorii externi, panourile solare sunt o solutie pentru viitor.

Acest lucru este dovedit si de cresterea de aproape 50% inregistrata in numarul de astfel de sisteme folosite pe glob, in fiecare an din anul 2002 pana in prezent.

Procentul utilizarii energiei solare este minuscul, estimand ca va ajunge la 0,4% in anul 2010. Insa pe viitor, odata cu dezvoltarea tehnologiei si micsorarea costurilor initiale, panourile fotovoltaice vor deveni cu siguranta din ce in ce mai utilizate

5.BIBLIOGRAFIE

- www.wikipedia.ro.

16

- www.panouri-fotovoltaice.org.

- www.solar.promacht.ro/informatii.html.

- www.regie-live.ro

- www.google.ro

17