Energie solară

 

Soarele este cea mai importantă sursă de energie pentru Pământ. Energia solară este emisă sub formă de radiaţii şi este disponibilă în cantităţi imense, practic inepuizabile. Radiaţiile solare pot fi captate şi transformate în alte forme de energie: electrică sau termică.

 

Energia solară se referă la o sursă de energie reînnoibilă care este direct produsă prin lumina şi radiaţia solară. Aceasta poate fi folosită să:

 

• genereze electricitate prin celule solare (fotovoltaice)

• genereze electricitate prin centrale electrice termale

• genereze electricitate prin turnuri solare

• încălzească blocuri, direct

• încălzească blocuri, prin pompe de căldura

• încălzească blocuri, prin cuptoare solare

 

Instalaţiile solare sunt de 2 tipuri:

 

Principiul de functionare se bazeaza pe conversia radiatiei solare in caldura si utilizarea acesteia pentru incalzirea apei.

 

Sistemul functioneaza indiferent de temperatura exterioara, chiar si iarna.

 

Există mai multe tipuri constructive de panouri solare termice:

 

 

 

Se mai numesc şi panouri solare de vară. Acoperă cea mai mare parte din necesarul zilnic de apă caldă menajeră în perioada martie-octombrie.Sunt foarte uşor de instalat şi nu necesită costuri suplimentare de întreţinere.Au o durată de viaţă de aproximativ 25 de ani. Rezervorul este realizat din inox, cu un strat izolator de poliuretan care micşorează pierderile de căldură.

 

Tuburile vidate captează radiaţia solară şi o transformă în energie termică, încălzind astfel apa din tubul interior. Pe măsură ce apa se încălzeşte, densitatea ei scade. Apa încălzită în tub se va ridica în rezervorul de acumulare şi va fi inlocuită de un volum echivalent de apă rece. Circuitul natural se va realiza în continuare şi apa din rezervor se va încălzi.

 

 

Acest sistem poate fi utilizat pe toată durata anului. Funcţionează la presiunea sistemului de apă curentă (aproximativ 6 bar). Sunt realizate pe baza celei mai noi şi moderne tehnologii, având cel mai eficient transfer energetic dintre toate echipamentele de acest gen. Pierderile termice ale panourilor solare cu tuburi vidate sunt practic inexistente, în schimb pot absorbi căldura şi în cazul radiaţiei solare difuze (soare acoperit de nori), sau la temperaturi foarte scăzute ale mediului extern.

 

Tuburile vidate captează radiaţia solară şi o transformă în energie termică, încălzind schimbătoarele de căldură aflate în partea superioară. Lichidul aflat în interiorul rezervorului preia caldura de la heat-pipe si o cedeaza serpentinei de cupru, care la rândul ei cedează căldura apei care circulă prin ea.

 

 

Panourile solare presurizate separate nu pot funcţiona independent. Deoarece nu au un rezervor de stocare, ele trebuiesc conectate la un boiler montat în zona de consum (în casă). Varianta de utilizare recomandată este cea cu boiler bivalent, pompă de circulaţie şi panou electronic de comandă (regulator electronic dedicat). Toate acestea formează un sistem complet.

 

Energia solară este captată în interiorul tubului vidat, unde este transferată heat-pipe-ului de cupru. Caldura ajunge apoi în capătul superior al său, fiind preluată de către agentul termic (antigel). Antigelul o transportă la schimbătorul de caldură şi este preluată de către apa din boiler. Apa încalzită poate fi apoi folosită ca apă caldă menajeră sau agent termic de încălzire. Operarea acestui tip de panou este asigurată de controllerul electronic care comandă pornirea şi oprirea pompei de recilculare.

 

 

• Sistemul funcţionează indiferent de temperatura exterioară, chiar şi iarna;

• Datorită faptului că tubul este rotund, razele solare vor radia întotdeauna perpendicular pe suprafaţa acestuia;

• Tubul colector vidat oferă rezultate excelente chiar pe timp înnorat fiind capabil să capteze razele infraroşii care trec prin stratul de nori;

• Funcţionează indiferent de temperatura exterioară, chiar şi iarna;

• Tuburile vidate oferă performaţe bune şi pe timp înnorat, fiind capabile să capteze radiaţiile infraroşii care pătrund prin nori;

• Datorită izolaţiei foarte bună oferită de vid, panourile funcţionează chiar până la -20 grade Celsius;

• Panoul funcţionează în continuare chiar dacă unul sau mai multe tuburi se sparg;

• Tuburile avariate sunt uşor de schimbat;

• Oferă eficienţa energetică tot timpul anului şi asigură costuri zero cu combustibili convenţionali pentru cel putin 5 luni pe an;

• Energia oferită de panouri este energie ecologică şi nu poluează mediul înconjurător.

• Energia rezultata o energie regenerabila si nepoluanta si se obtine o reducere de 90 pana la 100% a consumului de energie.

• Instalaţiile termice ajută la economisirea gazului metan, în proporţie de circa 75% pe an.

 

Panourile fotovoltaice sunt dispozitive capabile sa transforme energia solara in energie electrica. Celula fotoelectrica permite conversia directa a energiei luminoase in energie electrica, principiul de functionare se bazeaza pe efectul fotoelectric.

 

Conversia este statica si nepoluanta, tocmai de aceea acest mod de producere a energiei electrice este unul ecologic. Elementul de baza dintr-un sistem fotovoltaic este reprezentat de celula solara.

 

Procesul de transformare directa a luminii solare in curent electric poarta denumirea de fotovoltaic. Randamentul unor asemenea panouri este cuprins între 8-20%, în funcţie de gradul de absorbţie a radiaţiei solare. Eficienţa destul de scazută a panourilor fotovoltaice actuale este în principal datorată faptului că din spectrul solar vizibil doar o mică parte de frecvenţe de undă a radiaţiilor luminoase sunt transformate în electricitate.

 

O instalaţie de captare fotovoltaică costă aproximativ 5-10 euro/watt putere instalată. Panourile comercializate în ziua de azi sunt în general foarte fiabile şi pot funcţiona 10-25 de ani fără mari costuri de întreţinere. Aceste costuri sunt încă destul de mari comparativ cu energia produsă, tocmai din acest motiv proiectele solar-fotovoltaice sunt susţinute puternic prin legea nr. 220 din 2008.

 

Energia rezultata este o energie regenerabila, nepoluanta si gratuita. Instalaţiile fotovoltaice produc energie electrică gratis (din lumina soarelui). Panourile solare fotovoltaice produc energie electrică 4h/zi (calculul se face pe minim: orele de lumină iarna). Ziua, timp de 4 ore, ( iarna 1,5 ore) aceste panouri solare produc energie electrică şi în acelaşi timp înmagazinează energie în baterii, pentru a fi folosită in timpul nopţii, la casele izolate, fără legatură la reţeaua electrică natională.

 

 

Sistemele conectate la reţea, numite şi bazate pe reţea, alimentează cu energie reţeaua publică, prin intermediul unor invertoare. Aceste sisteme pot fi mici, aşa numitele sisteme distribuite, în general montate pe acoperişuri, care au putere de ieşire de câţiva kW, sau pot fi sisteme mari, cu puteri de ieşire de ordinul megawaţilor. Sistemele distribuite folosesc pentru montarea panourilor fotovoltaice, de obicei, avantajul unei structuri deja existente, cum ar fi acoperişurile sau faţadele sau panourile ce se montează pe suporturi de sine stătătoare, montate în exterior.

 

Figura 1 prezintă structura schematică a unui sistem fotovoltaic conectat la reţea. Cablurile de la modulele fotovoltaice individuale conduc la cutia de conectare a generatorului, care poate conţine de asemenea diode şi dispozitive de protecţie primară. Dacă un invertor este instalat pentru fiecare rând al modulelor sistemului fotovoltaic, cutia de conectare a generatorului nu mai este necesară. Invertorul converteşte curentul continuu (CC) de la modulele fotovoltaice în curent alternativ (CA) monofazat sau trifazat. Curentul alternativ (CA) este apoi debitat în reţeaua utilitară sau în reţeaua operatorului de putere.

 

Proiectarea modulară a generatoarelor fotovoltaice permite ca sistemele de generare a energiei să fie instalate pentru un domeniu foarte larg de puteri de ieşire. Dar, indiferent de puterea de ieşire, proiectarea de bază a acestor sisteme este foarte asemănătoare.

 

 

Pentru alimentarea anumitor produse sau aplicaţii se fabrică module standard, care furnizează o cantitate mai mică sau mai mare de energie. Aceste module standard sunt dimensionate să aibă o tensiune nominală între 15 şi 17 volţi astfel încât să fie capabile să încarce un acumulator cu tensiunea nominală de 12V.

Fig.2 Sistem fotovoltaic cu ieşire de curent alternativ

 

Pentru a preveni supraîncărcarea bateriei sau descărcarea completă a acesteia se foloseşte un regulator (controler) de încărcare, montat între generatorul fotovoltaic şi acumulator. Regulatorul de încărcare conţine, de obicei şi o diodă de protecţie la descărcare, care previne descărcarea bateriei pe timp de noapte prin generatorul fotovoltaic. Un regulator de încărcare bun consumă foarte puţin şi are o tensiune de mers în gol scăzută, ceea ce protejează acumulatorul să nu se descarce.

 

Acumulatorul înmagazinează energia produsă de generatorul fotovoltaic şi o furnizează consumatorului în caz de vreme rea sau pe timpul nopţii.

 

Dispozitivele care se alimentează de la generatorul fotovoltaic folosesc pentru stocare cel mai des baterii nichel – cadmiu (NiCd) sau nichel – metal hidrid (NiMH). Totuşi se folosesc şi baterii cu plumb, baterii litiu – ion sau condensatori (numiţi şi condensatori dublu strat).

 

În sistemele fotovoltaice care alimentează reşedinţe permanente, care au cicluri de încărcare/descărcare zilnice, se folosesc, de obicei, baterii cu anozi tubulari („OpzS”). Acestea au un număr mare de cicluri şi, prin urmare, durata de viaţă mai lungă. Adesea, se folosesc baterii normale de maşină deoarece sunt mai uşor de procurat şi sunt mai ieftine.

 

Pentru adaptarea tensiunii de ieşire a generatorului la tensiunea necesară consumatorului se foloseşte un regulator de tensiune. Pentru dispozitivele alimentate de celule fotovoltaice, regulatorul este, de obicei, un convertor c.c./c.c. (current continuu / current continuu), care transformă un curent continuu de o anumită valoare în curent continuu cu altă valoare.

 

 

Dacă sunt necesare nivele de ieşire mai mari sau dacă se folosesc aparate electrocasnice sau industriale, sistemele trebuie să furnizeze tensiuni de ieşire de 230V c.a. Pentru a se obţine aceste tensiuni de ieşire, sistemului i se adaugă un invertor. Invertorul transformă direct curentul continuu produs de generatorul fotovoltaic sau pe cel preluat de la baterie în curent alternativ.

Fig.3 Sistem fotovoltaic cu ieşire de curent alternativ

 

Dacă radiaţia solară este bună, generatorul fotovoltaic poate satisface întreaga cerere de energie, într-un mod prietenos cu mediul, fără emisii toxice sau zgomote. Energia produsă în exces este înmagazinată în acumulator. Noaptea sau pe timp de vreme rea, bateriile acoperă cererea de energie. Când bateria este în pericol de a se descărca, motorul generator – de exemplu unul diesel sau cu gaz lichefiat – porneşte pentru a acoperi necesităţile de alimentare cu energie electrică şi, în acelaşi timp, reîncarcă bateriile.

 

În zonele cu vânt, sistemului i se poate adăuga şi o turbină eoliană.

 

 

Sistemele fotovoltaice pot debita energie în reţeaua publică prin intermediul unui invertor. Avantajul este acela că nu este necesară stocarea energiei, care poate fi folosită oriunde şi ca urmare se reduce încărcarea reţelei convenţionale. Cantitatea de energie electrică furnizată în reţea este mică.
 

Fig.3-10. Sistem fotovoltaic conectat la reţea

 

În zilele însorite, ele furnizează putere consumatorilor din casă, iar excesul de putere este livrat în reţea şi contorizat. Dacă vremea este nefavorabilă, casa ia putere din reţeaua convenţională. Puterea de ieşire a unui astfel de sistem este de câţiva kW.

 

Caracterul modular al sistemelor fotovoltaice permite construirea unor instalaţii de mare putere, conectate la reţea. Ele livrează putere direct în reţeaua de medie sau de înaltă tensiune prin intermediul unui invertor.