STRATEGIA DE VALORIFICARE A SURSELOR REGENERABILE DE ENERGIE DIN ROMÂNIA

1. IntroducereStrategia nationala de dezvoltare energetica a României urmareste cresterea sigurantei în

alimentarea cu energie si limitarea importului de resurse energetice, în conditiile unei dezvoltari economice accelerate. Aceasta cerinta se poate realiza atât prin implementarea unor politici sustinute de conservare a energiei si crestere a eficientei energetice, cât si prin cresterea gradului de valorificare a surselor regenerabile de energie.

Oportunitatea punerii în practica a unei Strategii energetice pentru valorificarea potentialului surselor regenerabile de energie se înscrie în coordonatele Strategiei de dezvoltare energetica a Romaniei pe termen lung si ofera cadrul adecvat pentru adoptarea unor decizii referitoare la alternativele energetice si înscrierea în acquis-ul comunitar în domeniu.Unele dintre sursele regenerabile de energie (ex.: biomasa) pot contribui lasatisfacerea nevoilor curente de încalzire în anumite zone (rurale) defavorizate. Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de energie, în conditiile pietei concurentiale de energie, este necesara adoptarea si punerea în practica a unor politici, instrumente si resurse specifice.

Câteva dintre avantajele utilizării energiilor regenerabile sunt următoarele:- Sunt ecologice;- Nu generează emisii de CO2;- Sunt disponibile în cantităţi teoretic nelimitate;- Pot fi utilizate local;- Reprezintă soluţii pentru toate nevoile.2. Definitii, concepte si notiuni de specialitate(a) sursele regenerabile de energie se refera la categoria de surse energetice nefosile cum sunt: eoliana, solara, geotermala, a valurilor, a mareelor, energia hidro, biomasa, gaz de fermentare a deseurilor, denumit si gaz de depozit, gaz de fermentare a namolurilor din instalatiile de epurare a apelor uzate si biogaz(b) energia solara se regaseste în radiatia solara, care se poate transforma în energie electrica sau energie termica;(c) energia eoliana sau energia vântului se poate valorifica prin transformarea în energie mecanica sau electrica livrata în sistemul energetic sau direct consumatorilor locali;(d) energia furnizata de unitatile hidroenergetice de mica, medie sau mare putere; în studiile si lucrarile de specialitate s-a agreat formularea ca o unitate hidroenergetica cu puterea instalata mai mica sau egala cu 10 MW intra în categoria ’hidroenergie mica’, iar unitatile cu puterea instalata mai mare de 10 MW se includ în ’hidroenergia mare’;(e) biomasa reprezinta fractiunea biodegradabila a produselor, deseurilor si reziduurilor agricole, inclusiv substantele vegetale si animale, silvicultura si industriile conexe, precum si fractiunea biodegradabila a deseurilor industriale si urbane;(f) energia geotermala rezulta din energia înmagazinata în depozite si zacaminte hidrogeotermale subterane, exploatabila în conditii de eficienta economica, cu echipamente si tehnologii de foraj si extractie;(g) energia electrica obtinuta din surse regenerabile de energie se produce în capacitati energetice specializate care utilizeaza exclusiv combustibili energetici non-fosili;(h) consumul de electricitate reprezinta cantitatea de energie electrica produsa în unitati energetice specializate, la care se adauga importul, din care se scade exportul si este destinata consumului curent de energie electrica.

În conditiile din România, pe termen mediu si lung, in balanta energetica se iau în considerare urmatoarele tipuri de surse regenerabile de energie:

- energia solara- energia eoliana- hidroenergia- biomasa- energia geotermala

3. Evolutia procesului de valorificare a surselor regenerabile de energie în EuropaÎn sectorul energetic din majoritatea statelor europene s-au produs transformari majore

determinate de necesitatea cresterii sigurantei în alimentarea cu energie a consumatorilor, iar în cadrul acestei cerinte, sursele regenerabile de energie ofera o solutie viabila, inclusiv aceea de protectie a mediului înconjurator.

Siguranta alimentarii cu energie a consumatorilor din statele membere ale Uniunii Europene este asigurata prin importuri, în conditiile liberalizarii pietei de energie si în conformitate cu nevoia stringenta de atenuare a impactului asupra mediului climatic planetar.Obiectivul strategic propus în Cartea Alba pentru o Strategie Comunitara consta în dublarea, pâna în anul 2010, a aportului surselor regenerabile de energie al tarilor membre ale

Uniunii Europene, care trebuie sa creasca de la 6% (1995) la 12% din consumul total de resurse primare.

În România, ponderea surselor regenerabile de energie în consumul total de resurse primare, în anul 2010, urmeaza sa reprezinte circa 11%, iar în anul 2015 de 11,2% (vezi tabelul 8).Totodata, în Cartea Alba pentru o Strategie Comunitara si Planul de actiune “Energie pentru viitor: sursele regenerabile", elaborata în anul 1997 în cadrul Uniunii Europene, este conturata strategia "Campaniei de demarare a investitiilor”. Obiectivele "Campaniei de demarare a investitiilor” stabilesc, pentru statele membre UE, realizarea pâna în anul 2003 a urmatoarelor tinte principale:_ 1 milion unitati energetice de tip fotovoltaic;_ 15 milioane m2 colectoare solare pentru producerea de apa calda;_ 10.000 MW în instalatii eoliene;_ 10.000 MWt în instalatii energetice de cogenerare cu combusibil biomasa;_ 1 milion gospodarii individuale cu încalzire asigurata din resurse energetice pe baza de biomasa;_ 1.000 MW în instalatii energetice cu producere de biogaz;_ 5 milioane tone bio-combustibili lichizi;

_ 100 comunitati umane izolate (asezari locale) al caror necesar de energie se asigura din surse regenerabile.În Cartea Verde "Spre o Strategie europeana pentru siguranta în alimentarea cu energie" se precizeaza ca sursele regenerabile de energie pot contribui efectiv la cresterea resurselor interne, ceea ce le confera o anumita prioritate în politica energetica.Rolul Programului de actiune “Energie inteligenta pentru Europa” consta în promovarea implementarii Strategiei înscrise în Cartea Verde. În cadrul acestei initiative, Programul ‘ALTENER’ ( cu un buget estimat de circa 86 milioane EURO) urmareste accelerarea procesului de valorificare a surselor regenerabile de energie.

În “Directiva 2001/77/EC”, din 27 septembrie 2001, privind “Promovarea energiei electrice produsa din surse regenerabile, pe piata unica de energie”,se stabileste obiectivul strategic privind aportul surselor regenerabile în consumul total de resurse energetice primare, care trebuie sa fie de 11%, în anul 2010.

Principalele directii de actiune înscrise în “Directiva 2001/77/EC” constau în:- cresterea gradului de valorificare a surselor regenerabile de energie în nivelulproductiei de energie electrica si termica;- stabilirea unei cote-tinta pentru fiecare tara privind consumul de energie electricaprodusa din surse regenerabile de energie;- adoptarea de proceduri adecvate pentru asigurarea finantarii investitiilor în domeniulsurselor regenerabile de energie;- simplificarea procedurilor administrative de implementare a proiectelor de valorificarea surselor regenerabile ;- accesul garantat si prioritar la retelele de transport si distributie a energiei electrice;- garantarea originii energiei electrice produse pe baza de surse regenerabile de energie.

Nota: 1) SRE – Surse Regenerabile de Energie.2) Este inclusa si energia electrica produsa în centralele hidro de mare putere.3) Sursa: anexa la Directiva 77/2001(fara pozitia România).4) Referinta de 30% pentru România este stabilita prin HG 433/2003.În cadrul Uniunii Europene schemele suport utilizate pentru promovarea energiei electrice

din surse regenerabile de energie cuprind doua modele reprezentative, si anume: a. pretul energiei produse din surse regenerabile se determina pe cale administrativa, iar cantitatea de energie produsa este stabilita de piata energiei;b. cantitatea de energie electrica din surse regenerabile de energie (‘energie verde’) produsa sau consumata se determinata pe cale administrativa, iar nivelul pretului certificatelor de ’energie verde’ este stabilit de piata energiei.

Utilizarea surselor regenerabile de energie se înscrie în cerintele de mediu asumate prin Protocolul de la Kyoto ratificat de Uniunea Europeana (la 5 martie 2002) si de România (Legea nr. 3/2001). Indeplinirea angajamentelor asumate prin Protocolul de la Kyoto se poate realiza prin aplicarea unor proceduri si mecanisme specifice finantarii investitiilor necesare promovarii surselor regenerabile de energie.

În tabelul 5 este prezentat sintetic, pe tipuri de surse, potentialul energetic al surselor regenerabile de energie din România.

4. Obiectivele Strategiei de valorificare a surselor regenerabile de energie, în contextulintegrarii României în Uniunea EuropeanaObiective generale

Obiectivele generale ale Strategiei de valorificare a surselor regenerabile de energie constau în:

integrarea surselor regenerabile în structura sistemului energetic national (pe baza de resurse conventionale);

eliminarea barierelor tehnico-functionale si psiho-sociale din procesul de valorificare a surselor regenerabile de energie si încadrarea în limitele elementelor de cost si eficienta economica;

promovarea investitiilor private si crearea conditiilor de facilitare a accesului capitalului strain pe piata surselor regenerabile;

diminuarea gradului de dependenta al economiei nationale de importurile de energie;

asigurarea alimentarii cu energie în comunitatile izolate prin valorificarea potentialului resurselor de energie locale;

asigurarea conditiilor de participare a României la piata europeana de "certificate verzi" pentru energia din surse regenerabile.

Obiective specificeÎn vederea valorificarii intensive a surselor regenerabile de energie se propune realizarea

unor obiective specifice pentru sursele regenerabile din România.a) Energie solara:

Obiectivele privind aplicatiile solar-termale se pot atinge prin realizarea de instalatii noi cu captatori solari (incluzând si componentele auxiliare), însumând o suprafata de circa 150.000 m².

Referitor la sistemele solar-termale existente, se propune întocmirea unui program de masuri în scopul reabilitarii acestora (unde este cazul) si facilitarea accesului în circuitul de exploatare curenta a energiei termice. În ceea ce priveste aplicatiile solar-electrice, implementarea unor sisteme fotovoltaice poate asigura, pentru numeroase situatii punctuale, necesarul de energie în zone geografice izolate sau cu posibilitati limitate de acces la retelele electrice.

În aplicatiile fotovoltaice se disting mai multe tipuri de proiecte: in domeniul electrificarii rurale, cu sisteme fotovoltaice autonome, exista o necesitate reala

in special in zona Muntilor Apuseni,Carpati, Nordul Moldovei si Parcuri naturale inclusiv Delta Dunarii;

in domeniul sistemelor fotovoltaice conectate la retea se disting doua tipuri de aplicatii cu impact important:

- mini-centrale fotovoltaice, de ordinul a sute de kW, pana intr-un MW, in special inzona litoralului Marii Negre unde exista un potential solar semnificativ si suprafete potential utilizabile. Impactul major ar fi compensarea consumului sezoniersuplimentar pe timp de vara rezultat din turism precum si compensarea retelelor slabe/capete de retea din zona Deltei Dunarii.

- sisteme fotovoltaice de 1-5 kW, conectate la retea, integrate in cladiri. Ca zone de aplicativitate sunt orasele mari din sudul tarii, zona litorala, case de vacanta.De asemenea, ca urmare a diminuarii costurilor specifice la modulele fotovoltaice,

realizarea, pe termen lung, de centrale fotovoltaice conectate la retelele electrice poatereprezenta o solutie viabila pentru numeroase aplicatii specifice (irigatii etc.).b) Energie eoliana:

Studii si analize de specialitate privind sursele energetice eoliene exploatabile demonstreaza ca în România exista un potential de circa 14.000 MW (putere instalata) ceea ce înseamna o cantitate medie de energie livrabila anual de 23.000 GWh/an;

Analiza datelor meteoclimatice si investigatiile în teren au condus la identificareaunor aplasamente cu potential eolian favorabil care permit realizarea unor centrale eoliene cu performante tehnico-economice ridicate.

În zona platoului continental al Mãrii Negre (‘off-shore’), studiile întreprinse evidentiaza posibilitatea realizarii unor instalatii eoliene însumând o putere de circa 2.000 MW. Amplasamentele off-shore, de la 3 km pâna la 5 km pe platoul continental (la adâncimea maximã de 5 m), se considera eficiente pe termen lung (20 de ani).

Aplicatiile în zone cu potential energetic eolian de nivel mai redus (unde sunt necesare turbine eoliene cu oputere mai redusa, pâna la 50 kW), pot fi destinate, in principal, electrificarii rurale, ofera oportunitati imediate de punere în practica.c). Energie hidro (unitati hidro sub 10 MW)

În studiul privind valorificarea potentialului hidroenergetic prin realizarea de microhidrocentrale (cu puteri mai mici sau egale cu 10 MW) se releva posibilitatea executiei productie anuala de energie electrica de 6.000 GWh.

Pe termen lung, se estimeaza ca puterea instalata în amenajari hidroenergetice noi, realizate în conditii de eficienta economica, va avea un nivel de circa 840 MW din care 240 MW în centrale hidro de mica putere .

Prin programele de valorificare a potentialului energetic din surse hidro, în unitati cu putere instalata mica, se ofera posibilitati de transfer tehnologic din state europene avansate în domeniul microcentralelor hidroelectrice. Aceste programe se refera la lucrari noi, si de retehnologizare a unor amenajari si investitii hidroenergetice nefinalizate.

Pentru realizarea unor proiecte atractive pentru investitori, in sectorul public sau privat, se pot crea o serie de facilitati privind posibilitatile de acces în zone destinate investitiei, scutiri sau reduceri de taxe si impozite în conditiile respectarii termenelor planificate de punere în functiune.d). Biomasa

Aproximativ 70% din angajamentele României privind valorificarea surselor regenerabile se pot îndeplini prin valorificarea potentialului biomasei, tinând seama de ponderea acestei surse energetice regenerabile în potentialul exploatabil la nivel national.

În anul 2010, principalul obiectiv privind utilizarea biomasei, în conditii de eficienta economica , consta în obtinerea unui consum total de circa 3.347,3 tep, cu o productie medie anuala echivalenta de energie electrica de 97,5 tep (1.134 GWh).

Pe termen mediu si lung, sporirea potentialului exploatabil al biomasei se asigura prin plantatii (arbori si arbusti cu perioada redusa de crestere) pe suprafete degradate, terenuri agricole dezafectate sau scoase din circuitul agricol.La realizarea acestor obiective trebuie sa se acorde prioritate pentru:

reactualizarea potentialului de biomasa disponibila pentru producerea de energie; stabilirea celor mai adecvate tipuri de biomasa si testarea în unitati pilot a potentialului

energetic al acestora pentru evaluarea prin ardere/gazificare; promovarea unor solutii tehnice de ardere combinata de carbune/biomasa, si identificarea

de solutii adecvate conditiilor locale si de retehnologizare a capacitatilor existente. organizarea de campanii promotionale privind avantajele obtinerii de energie din biomasa

cu consecinte directe asupra mediului inconjurator si restructurarea economiei rurale/locale;e). Energia geotermala

Obiectivele programului de valorificare eficienta a potentialului hidrogeotermal din România constau în:

efectuarea de studii de fezabilitate si consultanta pentru identificarea de solutii si asimilarea de tehnologii si echipamente performante;

realizarea de proiecte (aplicatii) demonstrative de valorificare complexa a potentialului hidro-geotermal din România;

diseminarea si valorificarea datelor si informatiilor aferente programelor de tehnologizare si implementare curenta;

elaborarea si adoptarea de norme legislative care sa asigure cadrul legislativ si facilitati de punere în practica, a acestui tip de aplicatii specifice.

4. Structura productiei de energie electrica si termica din surse regenerabile pânaîn anul 2010, respectiv 2015 (scenariu de baza)

Prin punerea în practica a Strategiei în domeniul energiilor regenerabile este preconizazat sa se obtina urmatoarele rezultate:

Punerea în functiune a unor capacitati noi de productie a energiei electrice si termice din surse regenerabile de energie care vor însuma: 431,5 MW-energie electrica si 3274,64 mii tep – energie termica în perioada 2003-2010, respectiv 789 MW – energie electrica si 3527,7 mii tep-energie termica în perioada 2011-2015. Distributia pe tipuri de resurse regenerabile a capacitatilor noi puse în functiune in perioadele 2003 -2010 respectiv 2011-2015 precum si

costurile investitionale aferente ( costuri totale: 887,5 mil. Euro pentru perioada 2003-2010 si 1153 mil. Euro pentru perioada 2011 - 2015) sunt prezentate în tabelul 6.

Productia de energie electrica din surse regenerabile prognozata pentru 2010, respectiv 2015 va fi de circa 19,650 TWh, respectiv 23,367 TWh (vezi tabel 7). Având ca valoare de referinta consumul brut actualizat estimat pentru anii 2010 si 2015, rezulta ca sursele regenerabile de energie vor avea un aport la producerea de energie electrica de circa 30,0 % în anul 2010 si de 30,4% în anul 2015.

Ponderea surselor regenerabile de energie, pe tipuri de surse în consumul total din resurse primare în România este prezentata pe tipuri de surse in tabelul 8. La nivelul anului 2010 aportul surselor regenerabile de energie va fi de 4.964,50 mii tep (pondere de 11%), iar la nivelul anului 2015 de 5.537,20 mii tep (pondere de 11,2%).

Valorificarea resurselor regenerabile va asigura, la nivelul anului 2010, reducerea importurilor de surse energetice cu echivalentul a 19,65 TWh energie electrica si 3274,64 mii tep energie termica. Pentru anul 2015, se poate realiza o economie de circa 23,37 TWh la energia electrica, respectiv de 3527,7 mii tep la energia termica.

Cresterea gradului de ocupare a fortei de munca, simultan cu diversificarea ofertei pe piata muncii prin deschiderea unor obiective noi de investitii în diferite zone ale tarii. Asigurarea dezvoltarii mediului de afaceri prin atragerea de societati cu capital privat autohtone si straine, împreuna cu autoritatile publice centrale si locale, în activitati de dezvoltare durabila pe termen mediu si lung.

Introducerea în fabricatie si comercializarea de produse si tehnologii moderne în domeniul surselor regenerabile. Cuantificarea efectelor benefice asupra mediului ambiant prin punerea în valoare a resurselor locale si prin reducerea emisiilor de noxe din combustia resurselor fosile.

Conversia fotovoltaica a energiei solare

IntroducereEfectul fotovoltaic consta în producerea unui curent electric ca urmare a absorbtiei radiatiei

electromagnetice (fotoni). Acest efect cunoaste aplicatii importante în semiconductori, unde generarea de purtatori de sarcina liberi (electroni, goluri) este semnificativa în raport cu numarul purtatorilor generati termic. Daca în semiconductor exista un cîmp electric intens (ca în cazul jonctiunilor n-p în siliciu) atunci electronii generati ca urmare a absorbtiei radiatiei (fotoelectroni) vor fi condusi într-un circuit exterior, generînduse, astfel, energie electrica.

Efectul fotovoltaic a fost descoperit în anul 1839 de catre A. E. Becquerel, la iradierea unor electrozi de argint în electrolit, si descris de W. Adams si R. Day pentru electrozi de seleniu în 1877. Tîrziu, dupa descoperirea tranzistorului (1948) si elaborarea teoriei Shockley (1949), s-a realizat prima celula solara cu randament de 6% (D.M. Chapin, C.S. Fuller si G.L.

Pearson, de la Bell Laboratories – SUA, 1954). Pîna în anul 1973 (prima criza a petrolului) celulele solare s-au utilizat mai mult în aplicatii spatiale. Pîna la începutul anilor ’90 productia mondiala de celule solare (aproximativ 50 MW/an) era complet nesemnificativa la nivelul consumului de electricitate global.

Sursele regenerabile de energie, si în particular energia solara fotovoltaica, au primit un impuls puternic în urma summit-ului de la Kyoto (1997) privind starea surselor de poluare ale planetei. Ca urmare a acestui summit, s-a stabilit o reducere a emisiilor de CO2 (principala cauza a efectului de sera) cu 15% pîna în anul 2010 si, implicit, sprijinirea dezvoltarii accentuate a surselor regenerabile de energie, în particular a aplicatiilor fotovoltaice. Astfel, în anul 1997 a fost lansat în SUA programul intitulat “1 Milion de acoperisuri”, ce anticipeaza o productei de 1,5 GW în anul 2010. In Japonia, Programul sustinut de guvern prevede o productie de 4,6 GW pe an în 2010. Estimari realiste prevad o crestere minima a productiei anuale de la 130 MW în 1997 la 5 GW în 2010. Parlamentul European îsi propune finantarea realizarii unui milion de acoperisuri fotovoltaice pîna în anul 2010. In aceste conditii, productia fotovoltaia mondiala va creste la 20 GWP în acelasi an.

Avînd în vedere ca productia medie anuala va fi de 2GW în perioada 2000 – 2010, strategia de dezvoltare a celulelor solare treuie adaptata acestei cereri. Se stie ca pentru realizarea unei productii de 100 MW/an sunt necesare 1000 t de siliciu. In perspectiva anului 2010 siliciul va

ramîne cu o pondere de aproximativ 70% în piata celulelor solare, fata de 95% cît reprezinta actualmente, iar pentru o productie de 1400 MW la nivelul anului 2010 vor fi necesare ca. 14000 t de siliciu pe an, cantitate apropiata de productia mondiala. In aceasta situatie, cercetarile pentru cresterea randamentului celulelor solare, cît si pentru utilizarea siliciului “grad solar” vor fi absolut necesare.

Materialele semiconductoare policristaline cu structura calcopiritica au o larga utilizare în heterojonctiuni pentru fabricarea celulelor solare. Interesul pentru acest tip de materiale a aparut datorita proprietatilor lor optice - în special absorbtia optica – astfel încît, grosimi de strat de ordinul a 1 µm sunt suficiente pentru absorbtia eficienta a luminii solare si pentru obtinerea unor eficiente de conversie comparabile cu cele ale celulelor solare cu siliciu monocristalin. Economia de material ce rezulta de aici, combinata cu procedee tehnologice pretabile la obtinerea de suprafete mari, duc la reduceri esentiale ale costurilor de fabricatie pentru celulele si modulele solare, conditie obligatorie pentru aplicarea pe scara larga a conversiei fotovoltaice a energiei solare.

Studiile s-au realizat in cadrul ICPE- Laboratorului de Surse Noi,unde s-au realizat de-a lungul anilor din 1980 si pana in prezent module, sisteme utilizate în toate aplicatiile fotovoltaice realizate în acesti ani (ceasuri si lampi fotoovltaice, centrale fotovoltaice independente si conectate la retea, balize marine, etc.)

In prima parte se prezinta aspecte legate de functionarea celulelor solare. Apoi sunt prezentate rezultatele obtinute la realizarea celulelor solare pe baza de siliciu, utilizînd tehnologii pentru optimizarea performantelor celulelor:

S-au experimentat si elaborat metodele de optimizare a performantelor celulelor solare obtinute prin tehnologia serigrafica integrala. Cu ajutorul acestei tehnologii au fost realizate prima data în tara celule solare de dimensiuni mari (pe plachete de Si de diametru = 4 inch), cu eficiente de conversie > 13%. Aceasta tehnologie a fost pusa la punct de catre autor integral în cadrul Laboratorului de Surse Noi de Energie al ICPE – S.A. Optimizarea acestei tehnologii este înca obiect de studiu pe plan mondial, grupuri de cercetatori din Europa, SUA si Japonia participînd la programe multinationale pe aceasta tema. sunt prezentate aspecte tehnologiile specifice de realizare a structurilor fotovoltaice cu straturi subtiri pe baza de CIS. Sunt prezentate apoi sistemele fotovoltaice realizate in Laborator.1. PREZENTAREA INSTALATIEI PENTRU PRODUCEREAENERGIEI ELECTRICESistemul fotovoltaic prezentat în continuare este format din 66 de module fotovoltaice Optisol SFM 72 Bx produse de Pilkington Solar International si 24 moduleST40 - produse de Siemens. Aceste module sunt conectate conform schemelor prezentate în figura 1, la invertoare Sunny Boy cu puteri cuprinse intre 700W si 2500 W, întregul sistemfiind monitorizat de un controler Sunny Boy Control cu ajutorul softului deachizitii de date Sunny Data Control.Sistemul fotovoltaic este format din 15 subsiruri de panouri conectate la rândul lor la reteaua de curent alternativ trifazat.

Schema de conectare a fost realizata pe baza caracteristicilor panourilor ( curent descurtcircuit, tensiune de mers în gol ) si a caracteristicilor de intrare ale invertoarelor(figura 2).

Invertoarele utilizate trebuie sa îndeplineasca urmatoarele cerinte:eficienta ridicata;control de operare dotat cu microprocesor pentru optimizarea automata apunctului de functionare al generatorului solar;protectia personalului în timpul instalarii si operarii;instalare simpla;modularitate pentru extinderi ulterioare;informarea utilizatorului privind etapa de operare;diagnosticare si indicare a defectelor;transmiterea valorilor masurate si a starilor de operare la un calculator.Invertoarele SWR 700, SWR 1100, SWR 2000, SWR 2500, realizeaza conversiaenergiei de curent continuu în energie de curent alternativ, cu ajutorul unui circuitintermediar realizat cu tranzistoare MOSFET. Schema bloc a invertorului SWR 700 esteprezentata în figura 3. Invertoarele sunt prevazute cu filtre si circuite de protectie lasupratensiuni, atât la intrare cât si la iesire. Pentru a evita functionarea incorecta ainvertoarelor, acestea sunt prevazute cu blocuri de comanda, care urmaresc variatiiletensiunii retelei de curent alternativ ( -15% +10%), frecventei (0,2%), impedanteiretelei (0,5 1,75 ) si intensitatii curentului electric ( I IN – specific fiecarui tip deinvertor).

Sistemul de conversie energie solara si achizitie date consta din:panouri fotovoltaice de putere P= 9100 W;invertoare energie electrica tip Sunny Boy;228

1 controller pentru gestiune invertoare si achizitie date tip Sunny BoyControl+;1 calculator personal cu software Sunny Data Control si LabView;conductoare de legatura, sigurante, cabluri de comunicatie.Fig.4. Schema sistemului de conversie energie si achzitie datea) b)Fig. 5.

Amortizarea energetică este momentul în care energia consumată pentru fabricarea celulei fotovoltaice este egalată de cea produsă în timpul exploatării. Cel mai bine se prezintă din acest punct de vedere celulele cu strat subţire. Un panou solar (fără cadru) cu astfel de celule se amortizează în 2-3 ani. Celulele policristaline necesită până la amortizare cca 3-5 ani, pe când cele monocristaline 4-6 ani. Deoarece un sistem cu panouri solare include şi suporţii de montare, invertor etc. , durata de amortizare energetică se măreşte cu cca 1 an. Construcţia şi principiul de funcţionare. Celula fotovoltaică este un dispozitiv optoelectronic, a cărui funcţionare se datorează efectului generării de către lumină a purtătorilor de sarcină liberi şi separarea lor de către câmpul electric intern al joncţiunilor p-n,MOS sau Schottky. Ca material iniţial pentru fabricare se utilizează siliciu cristalin sau policristalin, în care prin diverse metode tehnologice se formează straturi cu diverse conductibilităţi pentru a obţine joncţiunea p-n. Materialul semiconductor de bază ce se foloseşte pentru producerea celulelor PV este siliciul. În tabel se prezintă randamentul conversiei PV bazate pe 3 tipuri de materiale fotovoltaice: siliciu cristalin, siliciu policristalin şi siliciu amorf. Tehnologia siliciului policristalin şi cristalin este cea mai avansată, asigură pro-ducerea de module PV la scară industrială cu un randament de 14-17% şi cu o durată de viaţă a modulelor de 30 de ani. Această tehnologie are un dezavantaj: potenţial limitat de scădere în viitor a costurilor de producere a celulelor PV. Tehnologia siliciului amorf şi a siliciului în straturi subţiri are perspectivă. Costurile unui watt produs cu aceste tehnologii va scădea până la 1-€ - cost limită la care energia electrică PV devine mai ieftină decât energia electrică produsă din surse fosile. In fig. 4 este prezentată schema constructivă simplificată a celulei PV având la bază material semiconductor de tip p. Analizăm fenomenele care au loc în cazul când celula PV este expusă unei radiaţii incidente . Această radiaţie poate fi echivalată cu un flux de fotoni, care au energia E=hv ,unde h este constanta lui Planck, iar v este frecvenţa fotonilor. Dacă energia fotonului este mai mare ca energia benzii energetice interzise a semiconductorului, atunci, în urma interacţiunii fotonului cu un atom, electronul din banda de valenţă va trece în banda de conducţie şi, deci, o energie mai mică. iar fotonul B are o frecvenţă mai mare şi, corespunzător, o energie mai mare (unda electromagnetică cu frecvenţă mică pătrunde în material la adâncimi mai mari şi invers). Purtătorii de sarcină liberi sunt separaţi de

câmpul electric al joncţiunii p-n, caracterizat prin potenţialul de barieră U0 şi care, în funcţie de tipul semiconductorului folosit, este de circa 0,2 - 0,7 V.

Aici, câmpul electric va avea rolul de separator de sarcini libere - perechi electroni-goluri. Electronii vor fi dirijaţi spre zona n. golurile - spre zona p a celulei. Acesta este motivul pentru care, sub influenţa luminii, zona p se încarcă pozitiv, iar zona n se încarcă negativ, ceea ce conduce la apariţia unui curent electric prin circuitul extern, determinat de conversia fotovoltaică a radiaţiei solare. Acest curent, (fig. 4-A ), duce la o cădere de tensiune U pe sarcina externă R. conectată la contactele din spate şi contactul-grilă frontal (fig. 4.B). Tensiunea U, în raport eu joncţiunea p-n acţionează în sens direct şi, la rândul său, va determina prin joncţiune curentul diodei Id de sens opus curentului fotovoltaic Is care se determină din expresia cunoscută:Caracteristicile celulei fotovoltaice. Caracteristicile principale ale celulei PV sunt: caracteristica amper-volt I(U) sau volt-amper U(I) şi caracteristica de putere P(U). Curentul în circuitul exterior I se determină ca diferenţă dintre curentul fotovoltaic Is şi curentul diodei Id :

Structura unui sistem fotovoltaic. Celulele sau modulele PV nu sunt unicele componente ale unui sistem. Pentru asigurarea continuă a consumatorului cu energie electrică, multe sisteme PV conţin acumulatoare de energie electrică. Modulul PV prezintă un generator de curent continuu (c.c.), dar adesea consumatorul de energie este de curent alternativ. Energia electrică a unui panou voltaic-PV- are un caracter variabil, alternanţa zi/noapte, cer senin/cer acoperit provoacă variaţia într-o gamă largă a fluxului de energie şi a tensiunii generate de modulul PV. Astfel, apare necesitatea condiţionării fluxului de energie, folosind convertoare electronice: c.c./c.a., cart îndeplinesc şi funcţia de monitorizare a procesului încărcare descărcare a acuniti latorului. c.c./c.a- pentru transformarea curentului continuu în curent alternativ . Pentru a evita supradimensionarea sistemului fotovoltaic adesea se foloseşte o sursă auxiliară de energie, fie un grup electrogen, fie un generator eolian sau chiar reţeaua electrică publică. Toate aceste componente trebuie să fie interconectate, dimensionale şi specificate pentru a funcţiona într-un sistem unic, numit sistem fotovoltaic.

În fig.1 este prezentată structura unui sistem PV .Componentele principale sunt: • modulul, panoul, câmpul de module sau, altfel spus, generatorul fotovoltaic; • bateria de acumulatoare; • subsistemul pentru condiţionarea energiei electrice care includ şi elementele de măsurare,monitorizare şi proiectare. • sursa auxiliară de energie, de exemplu, un grup electrogen care funcţionează cu benzină sau motorină. În acest caz, sistemul PV se mai numeşte sistem PV hibrid.

Sistemele PV se divizează în două categorii principale: conectate la reţea sau care funcţionează în paralel cu reţeaua electrică publică şi sisteme PV autonomeFuncţionarea în sarcină a modulului PV. Celula PV, respectiv modulul PV, are cele mai bune performanţe în punctul unde puterea debitată pe sarcină este maximă. Totodată,variaţia radiaţiei globale şi a temperaturii provoacă modificarea caracteristicii I-V a modulului PV. În cosecinţă punctul de funcţionare a subsistemului modul PV - sarcină (punctul de intersecţie al caracteristicilor I-V ale modulului şi sarcinii) nu va coincide cu punctul unde puterea debitată pe sarcină este maximă . În fig. 2 sunt prezentate caracteristicile I-V a trei dintre cei mai răspândiţi consumatori: rezistor, motor de c.c. cu magneţi permanenţi şi un acumulator. Se prezintă şi caracteristica unui consumator ideal, pentru care punctul de funcţionare coincide întotdeauna cu punctul optim M Caracteristicile I-V se descriu cu următoarele expresii analitice:

Radiatia solaraSoarele este o sursa complexa de radiatii cu o distributie spectrala terestra ce poate fi

aproximata cu distributia spectrala a unui corp negru la temperatura de 5900 K. Aceasta distributie a radiatiei emise de corpul negru este însa modificata în cazul radiatiei solare datorita variatiei de temperatura pe suprafata discului solar, efectelor ce au loc în atmosfera solara, precum si datorita liniilor de absorbtie Fraunhofer.

Fig.1.1 descrie distributia spectrala a radiatiei solare în afara atmosferei terestre, descrie distributia spectrala a radiatiei solare comparate cu distributia spectrala a radiatiei emise de corpul negru temperatura respectiva.

In spatiul exterior atmosferei terestre 98% din totalul energiei emise de Soare este dat de radiatia cu lungimi de unda cuprinse între 0,25 si 3,0 μm. Se defineste intensitatea radiatiei solare ca fiind puterea totala data de o sursa radianta pe unitatea de suprafata [W/m2]. Astfel, în afara atmosferei terestre, radiatia solara directa pe un plan normal pe directia soarelui are intensitatea de 1350 W/m2 ±3,4%.

Intensitatea si distributia spectrala a radiatiei ce ajunge la suprafata Pamîntului depind de compozitia atmosferei precum si de lungimea drumului parcurs de lumina prin atmosfera. Cei mai importanti parametri ce caracterizeaza compozitia spectrala a radiatiei care ajunge la suprafata Pamîntului sunt:

continutul în vapori de apa al atmosferei coeficientul de turbiditate, exprimînd efectul cetii si al împrastierii continutul de ozon nebulozitatea reflexia pe suprafata Pamîntului.

Intrucît radiatia solara ce ajunge la marginea atmosferei terestre, normal pe directia Soarelui, depinde numai de distanta Pamînt-Soare, celelalte efecte geometrice se manifesta în primul rînd prin variatia drumului optic prin atmosfera. Daca luam în considerare numai radiatia directa, aceste efecte geometrice pot fi aproape complet descrise specificînd unghiul zenit al Soarelui, "z", dat de unghiul dintre directia Pamînt-Soare si normala la planul ce contine cercul orizontului, Fig.1.2. Acest unghi zenit depinde de ora zilei, de anotimp, de latitudine si de longitudine.

Se introduce o marime numita masa aerului (Air Mass) si notata AM. Masa aerului, AM defineste cantitativ gradul în care atmosfera afecteaza radiatia solara primita de suprafata Pamîntului. Lungimea drumului optic pentru un unghi zenit z este egala cu secanta unghiului z înmultita cu lungimea drumului optic pentru z=0. Aceasta valoare, mr =1/cos z se numeste masa de aer relativa. Spectrele solare specifice se exprima în functie de acest mr. De exemplu, AM0 corespunde spatiului exterior atmosferei terestre (masa de aer zero - "air mass zero"), iar atmosferei terestre îi corespund AM1, AM2, etc. Spectrele AM0 si AM1 sunt comparate în Fig.1.1, unde se poate observa ca deosebirea între cele doua spectre este mai puternica în domeniile IR si UV. Aceasta deosebire apare deoarece radiatia IR este absorbita de catre vaporii de H2O si CO2, iar radiatia UV este absorbita cu precadere de ozon în straturile superioare ale atmosferei.

Lumina solara este modificata în drumul sau prin atmosfera de urmatoarele procese: procesul de împastiere Rayleigh a luminii (datorita caruia se vede cerul albastru) absorbtia în benzi electronice: în O2, N2 si ozon (aproape toate radiatiile cu λ< 0,29 μm

sunt absorbite de ozon) absorbtia în benzi moleculare de rotatie si vibratie în H2O si CO2 împrastierea pe particule de aerosoli si pe particule materiale (mai puternica pentru

lungimile de unda mai mici ale radiatiei) reflexia si turbulenta datorita variatiei indicelui de refractie cu temperatura si cu presiunea.

In concluzie se poate spune ca radiatia incidenta este modificata prin adaugarea unei componente difuze a radiatiei (provenita din împrastieri pe particule de aerosoli), fiind puternic dependenta de concentratia aerosolilor, nebulozitate, precum si de reflexia locala la suprafata Pamîntului.

Radiatia difuza prezinta un maxim puternic în portiunea albastra a spectrului si contribuie, astfel cu 8-10% la radiatia totala pentru o zi senina, la amiaza si, în special, pentru unghiuri zenit mai mari. Suma dintre radiatia directa si radiatia difuza reprezinta radiatia globala. In timpul unei variatii diurne, unghiul zenit si deci masa aerului sunt în continua schimbare. Se obtine astfel o continua variatie a intensitatii si a distributiei spectrale a radiatiei la suprafata Pamîntului. Prin medierea pe 24 de ore se obtine valoarea intensitatii radiatiei ca fiind aproximativ egala cu 0,2 din valoarea maxima a intensitatii (dar aceasta valoare este variabila, depinzînd de latitudine si de alti factori).

Calculul în detaliu al radiatiei solare fiind complex, se recurge la o serie de aproximari. De exemplu, prin modelarea numerica a proceselor de absorbtie care au loc în ozon, în vaporii de apa, etc. se obtine un "spectru standard" idealizat al radiatiei solare. Un asemenea spectru folosit la calculul eficientei de conversie a celulelor solare este "spectrul standard AM1,5", ilustrat în Fig.1.3.

In conditiile tarii noastre, intensitatea totala a radiatiei solare (directa + dirfuza) pentru o zi de vara fara nori, la nivelul marii si Soarele la zenit poate atinge 1000 W/m2. Pe vreme noroasa valoarea radiatiei poate sa scada cu un ordin de marime.

Fizica celulei solareBenzi de energie în semiconductori

Structura de banda a unui solid cristalin, respectiv relatia energie-impuls, se obtine din solutia ecuatiei Scrödinger în aproximatia unielectronica.

Benzile de energie în solide au fost studiate teoretic utilizînd diferite metode de calcul. Pentru semiconductori sunt mai cunoscute doua asemenea metode: metoda undelor plane ortogonale si metoda pseudopotentialului.

Pentru orice semiconductor exista o regiune (banda) de energie interzisa, în care nu sunt permise stari energetice. Deasupra si dedesubtul acestei benzi interzise se afla regiuni permise sau benzi de energie permise. Benzile superioare (de deasupra benzii interzise) se numesc benzi de conductie, iar cele de sub banda interzisa se numesc benzi de valenta. Separarea dintre energia celei mai joase benzi de conductie si a celei mai înalte benzi de valeta se numeste banda interzisa a semiconductorului, Eg si este unul dintre cei mai importanti parametri în fizica semiconductorilor.

La temperatura camerei si în conditii normale de presiune, banda interzisa a siliciului este de 1,12 eV în cazul materialului de înalta puritate. Rezultatele exeperimentale arata ca largimea benzii interzise pentru majoritatea semiconductorilor descreste cu cresterea temperaturii (la 0 K banda interzisa a siliciului este de 1,16 eV).

Concentratia purtatorilor la echilibru termicExista trei posibilitati de obtinere a unui material semiconductor, ca de exemplu siliciu:1. Si-intrinsec, material extrem de pur, cu o cantitate neglijabila de impuritati; fiecare atom

de siliciu este legat prin cei patru electroni de valenta de patru atomi învecinati, formînd legaturi covalente;

2. Si dopat de tip n - în care atomi de impuritati ai elementelor pentavalente, de exemplu fosfor, sunt introdusi în reteaua cristalina a siliciului, unde al cincilea electron de valenta al fosforului (impuritate donoare) ramas liber este donat benzii de conductie;

3. Si dopat de tip p - în care, în mod similar, prin doparea cu atomi trivalenti (cum ar fi bor - impuritate acceptoare), un electron aditional este acceptat pentru a forma cele patru legaturi covalente, ducînd la crearea unei sarcini pozitive libere - "golul" în banda de valenta.

Procese de generare si recombinare a purtatorilor de sarcina de neechilibru înSemiconductori

La iluminarea unui semiconductor cu fotoni de energie suficient de mare (hEg), se creaza purtatori de sarcina în perechi, electroni si goluri (proces de foto-generare). Concentratia purtatorilor este astfel mai mare la iluminare (stare de neechilibru), decît la întuneric (stare de echilibru). La întreruperea iluminarii (a sursei perturbatoare), apar procese inverse prin care sistemul tinde sa atinga starea de echilibru. Aceste procese se numesc procese de recombinare.

Exista mai multe tipuri de procese de recombinare în semiconductori: recombinare banda-banda, în care are loc tranzitia unui electron din banda de conductie în

banda de valenta însotita de emisia unui foton (proces radiativ), sau de transferul energiei rezultate unui alt electron liber (proces Auger);

recombinare pe trape (centri de captura), în care sunt prezente în interiorul benzii interzise a semiconductorului, nivele de energie (trape) simple sau multiple.

Se pot stabili, în principiu, metodele de reducere a vitezei de recombinare la suprafata semiconductorului, si anume:

- reducerea concentratiei trapelor, Nts, care se poate realiza prin doparea cu materiale "pasivante"; pentru Siliciu cei mai buni candidati pentru pasivarea suprafetei sunt SiO2 si Si3N4; tot asa de eficienta este si tratarea siliciului în lichide polare (ca de exemplu HF sau H2SO4), ceea ce duce la reducerea valorii vitezei de recombinare de suprafata (< 1 cm/s);

- micsorarea concentratiei de electroni sau goluri la suprafata.Intrucît procesele de tip SHR implica prezenta a doi parteneri, vitezele de recombinare maxime

se obtin cînd concentratiile electronilor si golurilor la suprafata sunt aproximativ egale. Daca se reduce concentratia unuia dintre aceste tipuri de purtatori, se poate obtine, corespunzator, o micsorare a vitezei de recombinare de suprafata. Din punct de vedere tehnologic aceasta se poate realiza prin diferite metode, si anume:

- prin introducearea unui profil de dopare în apropierea suprafetei: prin dopare puternica se reduce concentratia purtatorilor minoritari. Purtatorii minoritari fotogenerati vor fi "reflectati" de cîmpul electric ("high-low junction") existent la suprafata. Acesta este principiul de realizare a stratului BSF (Back-Surface-Field), avînd aceeasi polaritate ca si semiconductorul de baza, dar nivele de dopare mult mai mari. Acest cîmp de suprafata se poate obtine cu aceleasi efecte de pasivare si pe suprafata frontala a semiconductorului ("Front-Surface-Field");

- pasivarea prin efect de cîmp: un cîmp electric extern sau generat de sarcini electrice întrun izolator poate sa genereze o zona de sarcina spatiala de suprafata în care concentratia purtatorilor sa varieze într-un domeniu foarte larg (de la acumulare la saracire, pîna la inversie). Pe aceasta se bazeaza, în microeletronica, constructia dispozitivelor cu efect de cîmp (MOSFET).

Structura celulei solareFig.1.4 prezinta structura a patru tipuri conventionale de celule solare pe baza de siliciu.

Corelatia între eficienta de conversie a celulei si complexitatea procesului tehnologic de fabricatie a acesteia este esentiala.

In principiu, celula solara este alcatuita din: baza - de grosime cuprinsa între 200 - 500 m, emiter - foarte subtire, pe fata iluminata a celulei, un contact metalic frontal sub forma de grila si unul sau mai multe straturi antireflectante depuse pe suprafata frontala, cu rol de a reduce pierderile prin reflexie pe suprafata celulei. Curentul electric generat de celula solara este colectat prin contactul metalic pe spatele celulei (contact ohmic). Dintre caracteristicile esentiale ale acestui contact ohmic amintim:

rezistenta de contact foarte scazuta între metal si semiconductor caracteristica curent-tensiune cît se poate de liniara.

Prezentam în cele de mai jos tipurile de celule din Fig.1.4:−Celula solara standard prezinta pe fata posterioara un contact metalic ohmic sub forma

de strat subtire, obtinut de regula prin sinterizarea unei depuneri metalice la 300 - 500°C în atmosfera de gaz inert (de regula azot);

−Celula solara cu "Back-Surface-Field" (BSF) contine pe spate un strat suplimentar avînd aceeasi polaritate ca si baza si formînd cu aceasta o jonctiune "high-low" care actioneaza ca

un "reflector" (oglinda) electric pentru purtatorii de sarcina minoritari fotogenerati si, prin aceasta, reducînd probabilitatea de recombinare pe spatele celulei;

−A treia structura prezentata contine, pe lînga stratul BSF, un strat pasivant (SiO2) pe fata celulei, cu rol de reducere a pierderilor prin recombinare pe suprafata emiterului;

−A patra structura contine, în plus, pe spatele celulei un strat pasivant de SiO2 care, pe lînga stratul BSF, reduce suplimentar viteza de recombinare a purtatorilor fotogenerati.

Parametri fundamentali ai unei celule solare sunt:− eficienta de conversie, − curentul de scurt-circuit, ISC− tensiunea de circuit deschis, VOC− factorul de umplere, FF.

Pentru o buna eficienta de conversie este necesara reducerea pierderilor prin recombinarea purtatorilor minoritari fotogenerati atît în celula, cît si pe fetele sale.

Pentru a avea un factor de umplere mare este necesar sa se mareasca dimensiunea contactelor metalice pe emiter si pe spatele celulei. Aceasta însa este în contradictie cu necesitatea de a obtine valori mari ale ISC si VOC, întrucît contactele metalice favorizeaza viteze mari de recombinare a purtatorilor. Astfel, pentru obtinerea unei eficiente optime de conversie este necesar sa se realizeze un compromis între diversii factori.

Parametri critici care influenteaza eficienta celulei solare cu siliciu, pentru fiecare din componentele celulei (emiter, baza, contacte metalice) sunt prezentati mai jos:Emiter:- profil de dopare- concentratia de dopare- grosimea emiterului- viteza de recombinare de suprafata pe fata celulei- rezistenta stratului- pasivarea suprafetei (de ex. SiO2, Si3N4)- stratul antireflex (numarul de straturi, indicele de refractie, grosimea stratului)- texturarea suprafeteiBaza:- doparea initiala- lungimea de difuzie a purtatorilor minoritari- viteza de recombinare pe spatele celulei- grosimea bazei- rezistenta de suprafata- existenta stratului BSFContacte metalice:- materialul de contact (Ti - Pd - Ag sau Cr - Ni - Ag)- rezistenta de contact metal-siliciu- dimensiunile contactului- distanta dintre contactele colactoare ale grilei si grosimea acestora- aderenta la siliciu.Descrierea electrica a celulei solarePunctul de plecare pentru calculul caracteristicii curent-tensiune a unei celule solare estedat de ecuatiile Shockley, care descriu complet comportarea purtatorilor de sarcina însemiconductor .

Ecuatiile Shockley dau, astfel, un sistem de ecuatii diferentiale neliniare pentru care gasirea unei solutii analitice în cazul general (existenta unui profil de dopare oarecare, a starilor de neechilibru, etc.) nu este posibila. Cu metode numerice (exemplu - elemente finite) se pot gasi, în

cazul unidimensional, solutii aproximative. O alta cale de rezolvare a ecuatiilor Shockley consta în gasirea unei solutii analitice aproximative pe baza unor ipoteze simplificatoare. Cea mai cunoscuta dintre acestea este solutia gasita de Shockley - "ecuatia diodei ideale".

Variante actuale de realizare a celulelor solare pe baza de straturi subtiriCele mai promitatoare variante de dezvoltare a celulelor solare pe scara larga sunt cele pe

baza de straturi subtiri si dintre acestea trei primesc o atentie deosebita a unor colective de cercetare reprezentative din Europa, SUA, Japonia: -Si (siliciu amorf), CdTe, CuIn(Ga)Se2 (CIGS)

Prima celula în strat subtire pe baza de: -Si, s-a realizat în anul 1976, randamentele actuale pentru monojonctiune fiind de (6-8)% pentru celula si de (3-5)% pentru module comerciale. Prima celula pe baza de CdTe a fost realizata în anul 1963, Cd Te fiind teoretic cel mai potrivit semiconductor din punct de vedere al absorbtiei optice pentru conversia energiei solare, în timp ce primele rezultate privind celule pe baza de CIS sunt publicate în 1976.

Cîteva din eficientele record pentru celule si module pe baza de straturi subtiri sunt prezentate în Tabelul 1.1 Si Tabelul 1.2.

In ceea ce priveste celula pe baza de CIGS, estimarile de pret arata ca, la o productie de 100 MW pe an, pretul de fabricatie ar putea fi de 0,33-0,5 $/Wp pentru randamente de conversie de 15%, respectiv, 10%. Materialele directe reprezinta 56% din acest pret, substratul de sticla reprezinta aproximativ 20% din costul materialelor iar Indiu, cel mai scump material din stratul subtire, 10% din acest pret. Disponibilitatea materialelor permite realizarea unor productii de maxim 200 GWp, (Tabelul 1.3). Limitarea apare datorita rezervelor reduse de Indiu. In aceste conditii reducerea consumului (tehnologic) si reciclarea acestor materiale la sfîrsitul vietii modulelor devin niste operatii si cercetari necesare.

Testele privind materialele cu risc efectuate în SUA si Germania, au aratat ca celulele pe baza de CIS îndeplinesc normele de mediu atît la utilizarea materialelor (Cu,In, Se, Cd) în cadrul fluxului tehnologic de productie, cît si la stocarea acestora. Concluzia acestui studiu este ca pentru moment numai celulele pe baza de CIS satisfac toate normele OSHA (OccupationalSafety Health Administration) si nu depasesc limitele noxelor stabilite de EPA (Environmental Protection Agency) - SUA si DEV (Deutches Einheitsverfahren) -Germania.

Astfel, celulele pe baza de:-Si prezinta înca unele riscuri ecologice la productie în timp ce celulele pe baza de CdTe prezinta riscuri la stocare în zone neadecvate (poluare cu Cd). In ceea ce priveste stabilitatea, modulele pe baza de CIS se dovedesc egale în rata de îmbatrînire cu celulele bazate pe siliciu cristalin, dupa cum este prezentat în Tabelul 1.4.

.Fig. 1.5. Caracteristica I – V a unei celule solare la iluminare

Fig. 1.6. Schema echivalenta a unei celule solare (modelul cu doua diode)

Cap.2. Energia eoliana

Elementele lanţului de conversie sunt: o turbină eoliană, un generator trifazat, un dispozitiv de interconectare, ce realizează conectarea generatorului la reţeaua de distribuţie sau la o sarcină izolată - fig.1

Fig.1 Structura generală a unui sistem de conversie a energiei eoliene Maşinile cele mai utilizate pentru realizarea eolienelor sunt cele asincrone cu rotorul în scurtcircuit.Generatoarele asincrone cu rotor bobinat s-au dezvoltat în ultimii ani. Eoliene cu viteză fixă În cazul maşinilor sincrone clasice şi asincrone cu rotorul în scurtcircuit, viteza de rotaţie depinde direct şi strict de frecvenţa curenţilor ce parcurg înfăşurările statorice. Maşina asincronă cu rotorul în scurtcircuit, având un număr fix de perechi de poli, poate funcţiona într-un domeniu restrâns de viteze: alunecarea este de ordinul a câtorva procente.Maşina sincronă funcţionează strict cu viteză fixă. Funcţionarea în mod autonom Eolienele neconectate la reţea funcţionează în mod autonom, alimentând sarcini izolate ce au unul sau mai multe grupuri electrogene în tampon. Pentru acest tip de configuraţie, utilizarea unui sistem de stocare prezintă un interes deosebit, mai ales în absenţa grupurilor electrogene, pentru situaţia când vântul este slab(figura 2). Utilizarea bateriilor de acumulatoare reprezintă o soluţie pentru stocarea pe o durată mai mare. Există însă şi alte sisteme de stocare, cum ar fi cel inerţial, pentru stocarea pe durate scurte. Acest tip de stocare evită utilizarea bateriilor de acumulatoare, care prezintă pentru mediu un caracter poluant. Energia este stocată sub formă de energie cinetică a unui volant. Generatorul poate fi o maşină sincronă cu magneţi permanenţi sau o maşină asincronă cu rotor în scurtcircuit, prevăzută neapărat cu condensatoare necesare asigurării energiei reactive, de magnetizare.

Funcţionarea în mod reţea În cazul în care eoliana este conectată la reţea, viteza de rotaţie a maşinii asincrone trebuie să rămână practic constantă, apropiată de viteza de sincronism, pentru a asigura funcţionarea stabilă a generatorului. Frecvenţa reţelei impune viteza de rotaţie a maşinii. Generatorul cu viteză fixă, conectat direct la reţea, trebuie neapărat prevăzut cu un multiplicator de viteză. Eoliana funcţionează la o anumită viteză de rotaţie, pentru un domeniu restrâns de viteze ale vântului. Din acest motiv, aplicaţiile sunt limitate. • Exemplu de montaj cu multiplicator şi maşină asincronă cu rotor în scurtcircuit conectată direct la reţea. Maşina asincronă cu rotor în scurtcircuit conectată direct la reţea + multiplicator Pentru conectarea unei eoliene cu o astfel de structură la reţea, presupune două etape(figura 3): O primă etapă constă în conectarea înfăşurării statorice la reţea cu rezistenţe înseriate, pentru a se reduce curenţii statorici tranzitorii. Pe durata acestei etape, palele turbinei sunt orientate astfel încât cuplul dezvoltat să fie nul. După câteva secunde, rezistenţele din circuitul statoric sunt scurtcircuitate (eliminate), apoi sistemul de reglare comandă orientarea palelor în scopul creşterii puterii. Regimul tranzitoriu la conectare determină apariţia unor curenţi importanţi, ce sunt limitaţi de către rezistenţe. Rezistenţele pot fi înlocuite cu variatoare de tensiune alternativă (VTA), prin modificarea unghiului de comandă, reglându-se tensiunea de alimentare, astfel încât curentul să nu se atingă valori periculoase pe durata etapei de conectare.

Maşină asincronă cu stator dublu Această configuraţie oferă posibilitatea funcţionării eolienei cu două viteze(figura 4).. Statorul este realizat din două bobinaje, care determină un număr variabil de poli şi deci domenii diferite de viteză. Se pot impune două viteze de sincronism, prin schimbarea numărului de perechi de poli. Pe de o parte, pe stator există un bobinaj de mică putere, dar care creează un număr mare de poli, care este utilizat la viteze mici ale vântului. Puterea debitată în reţea este: (13.1) s t r P în care: - este puterea transmisă de generator în reţea t r P - este cuplul electromagnetic - este viteza de sincronism s (13.2) p s cu pulsaţia reţelei, iar p numărul de perechi de poli. La viteze reduse ale vântului, puterea recuperată de eoliană este mică. De asemenea, datorită numărului mare de poli, şi viteza de sincronism este mică, aşa cum evidenţiază relaţia de mai sus. Pe de altă parte, statorul mai este dotat cu o înfăşurare de putere mai mare, dar cu număr mai mic de poli, care este utilizată atunci când viteza vântului este suficient de mare. La viteze mari ale vântului, puterea recuperată, ca şi viteza turbinei sunt mai mari.

Eoliene cu viteză variabilă Pentru optimizarea puterii debitate în reţea, în funcţie de viteza vântului, este de dorit ca să se poată regla viteza de rotaţie a eolienei. Pentru aceasta ne propunem să realizăm un generator cu frecvenţă fixă, dar cu viteză variabilă. Generatorul cu viteză variabilă permite funcţionarea pentru o gamă largă a vitezei vântului, deci recuperarea unei cantităţi mai mari din energia vântului, reducând în acelaşi timp zgomotul pe durata intervalelor cu vânt slab. În cazul eolienelor cu viteză variabilă, sistemul este reglat astfel încât, pentru fiecare viteză a vântului, eoliana să funcţioneze la puterea maximă - Maximum Power Point Tracking (MPPT). Pentru o anumită viteză de rotaţie a eolienei, puterea maximă se obţine în concordanţă cu caracteristica eolienei P(Q) (figura 1).

Maşină asincronă cu dublă alimentare (MADA)-maşină asincronă cu rotor bobinat, asociată cu un convertor indirect de tensiune şi frecvenţă cu modulaţie în durată (structura Scherbius) cu tranzistoare IGBT(figura 4). Noţiunea de dublă alimentare se referă la faptul că statorul este conectat direct la reţea, iar rotorul este conectat la convertorul static de tensiune şi frecvenţă. Acest tip de structură se utilizează pentru eolienele de mare putere. Viteza de rotaţie se poate modifica în gama destul de mare (de la simplu la dublu). Convertorul static de tensiune şi frecvenţă este bidirecţional, putând asigura deci ambele sensuri de circulaţie a energiei în rotor. Prin comanda acestuia se realizează reglajul de viteză şi controlul puterilor activă şi reactivă vehiculate între maşină şi reţea.

Fig.4 Schema de conectare la reţea a unei eoliene cu maşină asincronă cu dublă alimentareÎn principiu, viteza se reglează prin intermediul frecvenţei de alimentare a înfăşurărilor statorice. Bidirecţionalitatea CSTF asigură funcţionarea atât în zona hiposincronă (sub caracteristica mecanică naturală), cât şi în cea hipersincronă (deasupra caracteristicii mecanice naturale) şi controlul energiei reactive vehiculate cu reţeaua de distribuţie. maşină asincronă (MAS) cu rotor în scurtcircuit Maşină asincrona (MAS) cu rotor în scurtcircuit asociată cu un convertor static de tensiune şi frecvenţă (CSTF) indirect(figura 5).

scurtcircuit Pentru generatoarele sincrone: maşină sincronă (MS) cu multiplicator şi convertor în stator

Maşină sincronă (MS) cu multiplicator şi convertor în stator În cazul maşinii sincrone, amplitudinea şi frecvenţa tensiunii la borne, depind de viteză. Din acest motiv, conectarea la reţea trebuie să se realizeze prin intermediul unui convertor static de tensiune şi frecvenţă (CSTF) indirect, compus dintr-un redresor, un circuit intermediar de c.c. şi un invertor(figura 6).

Maşină sincronă cu rotorul bobinat O maşină cu număr mare de poli (turaţie de sincronism redusă) implică un stator cu gabarit mare. În aceasta variantă, nu se mai utilizează multiplicatorul de viteză, dar maşina este conectată la reţea prin intermediul unui convertor static de tensiune şi frecvenţă, care transformă energia de c.a. de frecvenţă variabilă, generată de maşina în energie de c.a. cu tensiunea şi frecvenţa reţelei de distribuţie. rotorul cu magneţi permanenţi

Maşina sincronă cu rotor cu magneţi permanenţi Rotorul este realizat cu magneţi permanenţi cu flux axial, rezultând o maşină compactă - Maşina Sincronă cu Magneţi Permanenţi (MSMP). În această variantă, nu se mai utilizează multiplicatorul de viteză, dar maşina este conectată la reţea prin intermediul unui convertor static de tensiune şi frecvenţă, care transformă energia de c.a. de frecvenţă variabilă, generată de maşină în energie de c.a. cu tensiunea şi frecvenţa reţelei de distribuţie.Conectarea la reţea Reţeaua de distribuţie impune stabilitatea tensiunii şi frecvenţei. Din acest motiv, trebuie luate măsuri speciale în ceea ce priveşte etapele tranzitorii de funcţionare ale eolienelor, cum ar fi pornirea, oprirea sau absorbţia rafalelor. Pornirea se va realiză cu ajutorul unor variatoare de tensiune alternativ (VTA) cu tiristoare. Prin modificarea unghiului de comandă ale acestora, se reglează tensiunea de alimentare a maşinilor, acestea pornind pe caracteristici artificiale de tensiune. Eolienele trebuie să genereze cât mai puţine armonici. Acestea sunt cauzate de convertoarele statice de tensiune şi frecvenţă utilizate pentru conectarea generatoarelor la reţeaua de distribuţie. Pentru acest lucru se urmăreşte ameliorarea acestora şi utilizarea filtrelor. Trebuie asigurată şi energia reactivă necesară magnetizării maşinilor. Stabilitatea parametrilor reţelei de distribuţie (frecvenţa, valoarea eficace) poate fi influenţată de eoliene, care sunt de puteri din ce în ce mai mari. Pentru a satisface exigenţele reţelei, trebuiesc instalate diferite echipamente care concură la conectarea eolienei: Transformatorul ridicător de tensiune

Generatoarele eolienelor au tensiunea nominală, în general, de ordinul a 690 V. Transformatoarele asigură conectarea acestora la reţeaua de distribuţie, care de cele mai multe ori este de 20 kV. În prezent, nu există nicio eoliană care să fie conectată direct la reţea, fără utilizarea unui transformator ridicător.Bateriile de condensatoare Pentru ameliorare factorului de putere al instalaţiei, se conectează baterii de condensatoare, ce sunt constitute din trei baterii de condensatoare monofazate, conectate în triunghi. Bateriile de condensatoare asigură şi compensarea puterii reactive consumate (ca o medie, ţinând cont de neregularităţile vântului). Energia reactivă este necesară maşinilor asincrone pentru magnetizare. Astfel, bateriile de condensatoare (surse de energie reactivă) asigură local energia necesară magnetizării, ameliorând astfel factorul de putere global al eolienei. În cazul funcţionării autonome a eolienelor, bateriile de condensatoare sunt indispensabile pentru asigurarea energiei reactive necesare magnetizării maşinii.

Energia eoliana 2003 în context mondial si EuropeanCresterea utilizarii energiei electrice produse din surse regenerabile de energie constituie o

parte importanta a pachetului de masuri necesare pentru a îndeplini prevederile Protocolului de la Kyoto a Convetiei Natiunilor Unite asupra schimbarilor climatice.

In cadrul surselor regenerabile, energia eoliana a conoscut in ultima perioada de timp o preocupare constanta care s-a materializat intr-o crestere exploziva a numarului de unitati – turbine de vant- instalate si o crestere masiva a energiei electrice produse.

Pe piata producatorilor de electicitate utilizînd energia eoliana cel mai important actor îl reprezinta Europa. Politica Comunitatii Europene în domeniul energiei si a utlizarii surselor regenerabile are un caracter coerent si cu obiective indraznete. Obiectivul strategic propus în Cartea Alba pentru o Strategie Comunitara consta în dublarea, pîna în anul 2010, a aportului surselor regenerabile de energie al tarilor membre ale Uniunii Europene, care trebuie sa creasca de la 6% la 12% din consumul total de resurse primare.

Totodata, în Cartea Alba pentru o Strategie Comunitara si Planul de actiune " Energie pentru viitor: sursele regenerabile ", elaborata în în cadrul Uniunii Europene, este conturata strategia " Campaniei de demarare a investitiilor ".In " Campania de demarare a investitiilor " se urmareste realizarea, pana în anul 2003, a unor obiective principale, astfel:

15 milioane m2 colectoare solare pentru producerea de apa calda; 1 milion unitati energetice de tip fotovoltaic; 10.000 MW în aerogeneratoare cu turbine eoliene; 10.000 MWt în instalatii energetice de cogenerare cu combustibil pe baza de biomasa; 1 milion gospodarii individuale cu încalzire asigurata din resurse energetice pe baza de

biomasa; 1.000 MW în instala tii energetice cu producere de biogaz; 5 milioane tone bio-combustibili lichizi; 100 comunitati umane izolate (asezari locale) al caror necesar de energie se asigura din

surse regenerabile.In Cartea Verde " Spre o strategie europeana pentru siguranta în alimentarea cu energie " se

precizeaza ca sursele regenerabile de energie pot contribui efectiv la cresterea resurselor interne, ceea ce confera acestora o anumita prioritate în politica energetica.

In "Directiva 2001/77/EC", din 27 septembrie 2001, privind "Promovarea energiei electrice produsa din surse regenerabile, pe piata unica de energie", se stabile ste obiectivul strategic privind aportul surselor regenerabile în consumul total de resurse energetice primare, care trebuie sa fie de 12%, în anul 2010.

Principalele directii de actiune înscrise în "Directiva 2001/77/EC" constau în:

cresterea gradului de valorificare a surselor regenerabile de energie în nivelul productiei de energie electric a si termica;

stabilirea unei cote -tinta pentru fiecare tara privind consumul de energie electrica produsa din surse regenerabile de energie;

adoptarea de proceduri adecvate pentru asigurarea finantarii investitiilor în domeniul surselor regenerabile de energie;

accesul garantat si prioritar la retelele de transport si distributie de energie; simplificarea si adecvarea procedurilor administrative de implementare a proiectelor de

exploatare a surselor regenerabile; garantarea originii energiei produse pe baza de surse regenerabile de energie.Astfel, la sfîrsitul anului 2002 datele statistice cu privire la utilizarea energiei eoliene se

prezentau astfel:

In Europa ultimul deceniu a prezentat a crestere exploziva a acestui gen de aplicatii.Locatiile cu un potential eolian ridicat cum ar fi zona litorala a Marii Nordului (Germania, Danemarca, Suedia, Olanda, Finlanda), litoralul Marii Mediterane si zonele insulare( Franta, Grecia, Italia, Portugalia, Spania), tarmul Atlanticului (Irlanda, Marea Britanie) au contribuit din plin la o largire a numarului de turbine de vant în tarile europene angreanate în reducerea poluarii.

In acest context peste 75% din puterea instalata se regaseste în tarile din Europa.

In anul 2002 aproximativ 85% din puterea instalalata în toata lumea se regaseste de asemenea pe continentul european. Cea mai spectaculoasa evolutie s-a produs în Germania, care este liderul mondial al utilizarii energiei eoliene. Guvernul german si atins obiectivul propus pentru anul 2002 -12 GW instalati si pentru 2010 tendinta este catre 20 GW .

Energia produsa de centralele eoliene germane asigura aproape 4% din productia de electricitate a tarii.

Un alt producator important de electricitate în centrale eoliene este Spania care în anul 2002 si-a sporit cu 42% puterea instalata în turbine de vant.

Danemarca, un alt producator important de “energie curata”, a realizat în anul 2002 o crestere de 17%, acoperind cu energia produsa de turbinele eoliene un procent de 17% dinproductia proprie de energie.

Din punct de vedere al solutiilor tehnologice si al experientei mondiale, cele mai indicate instalatii de conversie eoliana sunt turbinele cu ax orizontal (acestea au cel mai bunrandament de conversie aerodinamica si cei mai buni indicatori specifici). Progresele tehnologice au condus la realizarea unor turbine de vânt cu puteri unitare din ce în ce mai mari, ajungând în prezent la 4,2 MW. Totusi, cele mai utilizate turbine au puteri cuprinse între 300 kW si 2 MW.

In topul producatorilor de turbine de vant se afla Danemarca, iar principalii furnizori de echipamente de acest tip sunt: Bonus Energy A/S Borupvej 16:

Turbine în gama de puteri: 600 kW, 1000 kW, 1300 kW, 2000 kW, 2300 kW. NEG Micron A/S:

Turbine în gama de puteri: 750 kW, 900 kW, 1000 kW, 1500 kW, 2000 kW, 2500 kW, 2750 kW.

Nordrex A/S Svindbaek: Turbine în gama de puteri: 600kW, 800kW, 1300 kW, 2300 kW, 2500 kW. Vestas Wind Systems A/S:Turbine în gama de puteri: 660 kW, 850 kW, 1750 kW, 1800 kW, 2000 kW, 3000 kW

Caracteristicile si performantele unei turbine de vant de 2000 kW produsa de firma NEG Micron A/S: sunt prezentate în tabelule de mai jos:

Pe plan mondial trecerea la o utilizare pe scara larga a turbinelor de vant de mare putere 500-2500 kW o dezvoltat o adevarat industrie orizontala. Devenind echipamente comerciale perfectionarile continue au condus la randamente superioare si o functionare în conditii de perfecta siguranta. Durata medie de viata a acestor echipamente a ajuns 25 de ani ceea ce confera investitorilor un argument în asigurarea amortizarii investitiilor initiale.

Trebuie subliniat aspectul ca generatoarele eoliene produc electricitate grupate în centrale cu puteri de ordinul megawatt în scopul reducerii cheltuielilor indirecte initiale precum si a celor de exploatare.

In contrast cu dezvoltarea exploziva din Europa a energeticii eoliene, unde sunt instalati cca 23 500 MW, în România, tara care se pregateste sa adere la Uniunea Europeana, nu exista practic aplicatii privind valorificarea energiei eoliene.

Hotararea de Guvern numarul 443 din 10 aprilie 2003 privind promovarea productiei de energie electrica din surse regenerabile de energie, a constituit cadrul pentru promovarea pe piata energetica a energiei produse din centrale eoliene. Cercetarea trebuie sa aiba o contributie cheie la îndeplinirea noii strategii în România

Cercetari realizate în România si ICPEProcesul de valorificare a superioara a surselor regenerabile de energie din România

contribuie la siguranta aprovizionarii cu energie, reducerea dependentei de importul de resurse energetice primare si dezvoltarea durabila pe termen lung, cu îndeplinirea conditiilor de protectia mediului si încadrarea în reglementarile în domeniu ale Uniunii Europene.

Obiectivele privind valorificarea surselor regenerabile de energie din România constau în: integrarea surselor regenerabile în structura sistemului energetic national (pe baza de

resurse conventionale); eliminarea barierelor tehnico-functionale si psiho-sociale din procesul de valorificare a

surselor regenerabile de energie si încadrarea în limitele elementelor de cost si eficienta economica;

promovarea investitiilor private si crearea conditiilor de facilitare a accesului capitalului strain pe piata surselor regenerabile;

diminuarea gradului de dependenta al economiei nationale de importurile de energie primara;

asigurarea alimentarii cu energie în comunitatile izolate prin valorificarea potentialului resurselor de energie locale;

asigurarea conditiilor de participare a Rmaniei la piata europeana de "Certificate verzi" pentru energia din surse regenerabile.Privind energia eoliana a Romaniei, s-au identificat cinci zone eoliene, în functie de

conditiile de mediu si topo-geografice, luand în considerare nivelul potentialului energetic al resurselor de acest tip la înaltimea medie de 50 metri si peste.

Din rezultatele masuratorilor înregistrate reiese ca România se încadreaza într-un climat continental temperat, cu un potential energetic ridicat, în special în zona litoralului si de coasta (climat bland), precum si în zone alpine cu platouri si varfuri montane (climat sever).

Pe baza evaluarii si interpretarii datelor înregistrate rezulta ca, în România, potentialul energetic eolian este cel mai favorabil pe litoralul Marii Negre, în zone montane si podisuri din Moldova sau Dobrogea.

De asemenea, s-au identificat amplasamente favorabile în regiuni cu potential eolian relativ bun, daca se urmareste exploatarea energetic a a efectului de curgere peste varfuri de deal, efectul de canalizare al curentilor de aer s.a. Evaluari preliminare privind zona litoralului Marii Negre, inclusiv în zona off-shore, demonstreaza ca potentialul eolian amenajabil pe termen scurt si mediu este ridicat, cu posibilitati de obtinere a unei cantitati de energie de ordinul miilor de GWh/an.

Desi pe plan mondial energetica vantului se afla într-un stadiu avansat de maturitate tehnologica, se poate aprecia ca în România ponderea energiei din surse eoliene în balanta energetica, pe termen scurt, se situeaza sub posibilitatile reale de valorificare economica.

Obiectivele specifice care ar conduce la o valorificare intensiva a potentialului eolianIn vederea valorificarii intensive a surselor regenerabile de energie se propune realizarea

unor obiective specifice ce constau, în principal, în:1. Energie solara: implementarea de proiecte demonstrative de sisteme solare fotovoltaice, în scopul satisfacerii nevoilor de energie în zone geografice izolate sau cu posibilitati limitate de acces la reteaua energetica.2. Energie eoliana: studii si analize de specialitate privind sursele energetice eoliene exploatabile demonstreaza ca în România are un potential ridicat, cu posibilitati de livrare a unei cantitati medii de energie livrabila anuale, pe amplasamente cu potential energetic eolian favorabil si conditii tehnico-economice de exploatare eficienta.

Principalele optiuni pe termen mediu si lung trebuie orientate catre: transferul de metodologii de aplicare si tehnologii neconventionale de la firme cu traditie si

experienta în domeniu, cu norme de aplicare, atestare si certificare, precum si standarde de calitate la nivel international;

elaborarea si implementarea cadrului legislative, institutional si organizatoric corespunzator;

atragerea sectorului privat si public la finantarea, managementul si exploatarea în conditii de eficienta a noilor tehnologii energetice;

identificarea de surse de finantare pentru sustinerea si dezvoltarea aplicatiilor de valorificare a surselor regenerabile de energie;

stimularea constituirii de unitati tip joint-venture specializate în valorificarea surselor regenerabile de energie;

elaborarea de programe de cercetare-dezvoltare orientate catre accelerarea procesuluide integrare a surselor regenerabile de energie în sistemul energetic national.Pentru valorificarea potentialului de energie eoliana se pot realiza actiuni si proiecte

demonstrative, pentru:

reevaluarea potentialului eolian si de eficienta energetica la nivel national; relevarea performantelor tehnico-functionale ale turbinei eoliene cu posibilitati de

conectare la sistemul energetic national. crearea conditiilor pentru transferul de tehnologie si echipamente din statele membre ale

UE în România si din alte tari cu traditie în domeniu. implementarea de programe cu caracter demonstrativ, de management aplicativ si transfer

de tehnologie pentru instalatii aerogeneratoare, cu atragerea si implicarea economico-financiara a sectorului privat;

reabilitarea centralelor existente (daca este cazul) si proiectarea de unitati eoliene destinate alimentarii zonelor rurale lipsite de electricitate, pe termen mediu si lung.Pentru realizarea acestor proiecte propuse de investitori particulari se pot crea facilitati

privind extinderea posibilitatilor de acces în zone geografice alocate investitiei, scutiri sau reduceri de taxe în conditiile respectarii termenelor planificate de punere în functiune.

In România dezvoltarea aplicatiilor eoliene a început dupa anul 1970. Sfera preocuparilor specialistilor din ICPE a fost legata de sistemele de mica si medie putere (10 kW). Sau integrarea lor în sisteme hibride Acest gen de aplicatii sau integrarea lor în sisteme hibride solare-eoliene urmareste asigurarea cu energie a consumatorilor izolati care nu sunt racordati la reteaua energetica nationala sau prin amplasament solicita surse nepoluante de energie (Delta Dunarii)Cele mai reprezentative aplicatii eoliene realizate în cadrul Laboratorului Surse Noi de Energie - SC ICPE SA Bucuresti :

farul Sulina- sistem solar eolian pentru alimentare far (1000 W) compus din generator fotovoltaic de 4 kWp, turbina de vant de 1500 W cu stocare în baterii de acumulatoare Pb-acid.

localitatea Costinesti jud Constanta sistem hibrid solar-eolian cu 300 Wp module fotovoltaice si turbina de vant de 500W.

localitatea Anghelus jud. Covasna sistem hibrid solar-eolian cu 480 Wp module fotovoltaice si turbina de vant de 200W. cu stocare în baterii Pb-acid pentru iluminat. Sistem demonstrativ la Statia de Cercetari ICPE SA

localitatea Agigea jud Constanta sistem hibrid solar-eolian cu 480 Wp module fotovoltaice si turbina de vant de 900W pentru utilitati casnice. Sistem demonstrativ la Statia de Cercetari Solare si Eoliene ICPE SA.Turbinele de vant si-au gasit aplicabilitate în zona litorala a Marii Negre. Laboratorul de

Surse Noi de Energie din cadrul SC ICPE SA Bucuresti si Statia de Cercetari Solare si Eoliene Agigea ca si componenta a sa reprezinta unitatea de cercetare care a promovat cel mai mult la nivel national acest gen de aplicatii.

In cadrul laboratorului se deruleaza diverse activitati de cercetare si proiectare în domeniul surselor noi de energie, impreuna cu aplicatiile specifice. Acestea cuprind proiectarea de noi echipamente de conversie, elaborarea de noi tehnologii, dimensionare de sisteme, studii de amplasament, etc.

Participarea colectivului de cercetatori ai laboratorului la Planul National ORIZONT 2000 precum si la Planul National de Cercetare-Dezvoltare Inovare cu proiecte în domeniul surselor regenerabile a creat o bogata experienta în domeniul cercetarii aplicative în sectorul energiei eoliene privind:

evaluari de potential energetic eolian si realizare de harti energetice locale si nationale; dezvoltare de noi profile aerodinamice de pale; proiectare de noi sisteme de orientare si reglare; generatoare electrice pentru regim variabil de turatie; componente electronice pentru sisteme eoliene; utilizarea bateriilor de acumulatori pentru stocarea energiei eoliene;

elaborarea de strategii de management pentru sisteme eoliene; tipuri noi de surse auxiliare de energie pentru sisteme eoliene hibride; electrificare rurala în zone neracordate la retea; noi aplicatii cu turbine de vant în conformitate cu cerintele pietei; simulare pe calculator; realizare de prototipuri.

Testare si servicii: evaluare de potentiale eoliene si dimensionare de sisteme; asistenta la montaj; - calificare de produse alimentate de la turbine de vant; achizitie de date si analiza a sistemelor eoliene; calibrare si caracterizare de anemometre si giruete; bilant energetic pentru sisteme alimentate de la turbine de vant pentru conditii realistice de

operare; testare de componente si sisteme; omologare, certificare; scolarizare si consultanta în domeniul energiei eoliene; evaluari, prognoze; demonstratii.

In cadrul statiei ICPE - Agigea exista cîmpuri de testare unde s-au amplasat, masurat si testat diferite instalatii de conversie a energiei.

In domeniul conversiei energiei eoliene:- EV 02, EV 04, EV 06 - turbine de vînt de 200, 400 si respectiv 600W pentru încarcarea

bateriilor;- TVO 5 - turbina de vant de 1500 W cu pas variabil, pentru uz general;- CVM 1,5; CVM 3 - turbine multipale de 1,5 kW si respectiv 3 kW destinate sa actioneze

diferite utilaje agricole (pompe de irigatie, tocatoare de nutret, etc.)- SE 10 - turbina de vant de 7 kW utilizata pentru stocarea energiei în hidrogen;- TDM 30 - turbina de vant cu ax vertical de 30 kW destinata sa debiteze energie în retea.De asemenea exista standuri de încercare a componentelor acestora precum si un sistem de

achizitie si prelucrare a datelor meteo specifice surselor regenerabile de energie.Activitatea de testare în domeniul eolian cuprinde:- testari de turbine de vant în gama de puteri: 0,2 - 30 kW în conditii reale si trasarea

caracteristicilor de functionare;- testari de turbine de vant pentru stabilirea comportarii în diferite aplicatii, individual sau în

sisteme hibride ( pompare apa, încarcarea bateriilor de acumulatori, alimentarea diversilor consumatori, etc.);

- testari de subansamble (pale, generatoare electrice) pe stand si în conditii reale;- testare în conditii extreme de functionare (viteze mari ale vantului, rafale, temperaturi

scazute, chiciura, etc.).In urma testarilor efectuate s-au obtinut date necesare caracterizarii, certificarii, omologarii,

etc. diferitelor echipamente.Datorita situarii în imediata vecinatate a marii, aici se pot efectua teste de anduranta în climat

marin pentru materiale, echipamente si instalatii.In statia ICPE - Agigea pot fi testate în conditii reale diferite tipuri de generatoare eoliene, pe

amplasamentele deja existente, sau pe amplasamente noi, avand în vedere suprafata libera de care se dispune. In acest sens trebuie mentionat ca exista cateva anemometre în spatiul statiei si ca se dispune de o baza de date care cuprinde masuratori ale directiei si viteze vantului multianuale.

Estimari ale organizatiilor Europene privind dezvoltarea surselor eoliene

In cele ce urmeaza prezentam cateva aspecte relevate de raportul EWEA , “Wind Force 12”, privind posibilitatea atingerii unei contributii a energiei eoliene de e 12% din productia totala de energie

Acest raport arata ca nu exista nicio bariera tehnica economica sau de resurse, pentru a sulimenta, pâna în anul 2020, la 12 % resursele de energie eoliana din necesarul energetic al lumii. Industria eoliana, din ziua de azi, este capabila sa devina o afacere dinamica,inovatoare, de 75 miliarde de EURO pîna în 2020, capabila sa multumeasca cerintele energetice globale si sa deschida o noua era de crestere economica, progrese tehnologice si de protectie a mediului în întreaga lume. Energia eoliana este o resursa importanta si puternica.

Este sigura, nepoluanta, din abundenta si fara limite, si produce o sursa de energie sigura sifara sfîrsit. Industria eoliana este afacerea cu cea mai rapida crestere din lume si ofera cea mai buna oportunalitate de a începe tranzitia spre o economie globla bazata pe energie sustinuta. Doua decenii de progres tehnologic au avut ca rezultat turbinele eoliene actuale fiind stadiul tehnici moderne de tehnologie – modular sau rapid de instalat. O singura turbina eoliana poate produce de 200 de ori mai multa energie decît echivalentul ei acum doua decenii, cu diamere de rotor mai mari decît avengura aripei unui avion de pasageri de mare capacitate. Fermele eoliene moderne furnizeaza cantitatea de energie echivalenta cu energia unei centrale de energie conventionala si poate fi construita în cîteva luni.

“Wind Force 12” este planul de executie plotic pentru a actiona Guvernele sa poata implementa, si arata ce este posibil doar cu o tehnologie regenerabila. Energia eoliana este la nivel mondial; ea ofera cantitatea ceruta pentru a satisface nevoile de energie si dezvoltare a lumii, fara a o distruge.

MetodologieScopul acestui studiu este de a evalua daca este posibil ca energia eoliana sa ajunga sa

acopere 12 % din cererea de energie mondiala în 2020. În procesul de implicare, un numar de tehnici, economice si de resurse trebuie sa fie examinate. Principalele concluzii ale acestui studiu au fost:

O evaluare a resurselor eoliene mondiale si distribuirea lor geografica Nivelul cerut de electricitate produsa si daca acesta poate fi potrivita în reteaua de

distributie Starea actuala a pietei energiei eoliene si potentialul ratei de grstere Analiza tehnologiei energiei eoliene si profilul costului. O comparatie cu alte tehnologii curente folosind “teoria curbei de învatare”.

Acest studiu este cea mai noua actualizare a studiului original publicat în 1999 (Wind Force 10), care a fost actualizat în Wind Force 12 pubicat în Mai 2002. La fel ca predecesorul nu este o previziune ci un studiu de fezabilitate a carui implementare va depinde dedeciziile luate de guvernele din întreaga lume. Raportul original al Statutul Mondial Al Cercetarii

Energiei Vîntului a fost publicat, energia vîntului mentinîndu-si statutul de sursa de energie cu cea mai rapida crestere. Capacitatea de instalare a contunuat sa creasca cu o rata anuala de 30%. Doar pe parcursul anului 2002, mai mult de 7,000 MW au fost adaugate retelei electrice. Aceasta investitie a costat mai mult de 7 miliarde de EURO. La începutul anului 2003 energia eoliana mondiala instalata a ajuns la 32 000 MW. Acestea asigura energie suficienta pentru a satisface nevoile aaproape 16 milioane de locuinte europene sau a 40 de milioane de cetateni. În întreaga Europa bilantul este de 74% din capacitatea acesteia, celelalte regiuni începînd sa devina o piata de desfacere substantiala. Aproape 50 de tari din întreaga lume contribuie la totalul mondial, numarul de angajati de aceasta industrie fiind estimat la aproape 90 – 100 000.impulsul din spatele extinderii energiei eoliene a devenit crescator datorita nevoilor urgente de a combate schimbarile climaterice globale.

Multe tari accepta acum ca emisiile de gaze trebuie sa fie drastic scazute pentru a evita catastrofe de mediu. Energia eoliana, pe lînga evitarea emisiilor de dioxid de carbon, cel mai principal gaz poluant, nu produce alti poluanti. Energia eoliana poate oferi capacitate la scala industriala de conectare la retea. Începînd din 1997, Protocolul Kyoto, o serie tinte de reducere a gazelor poluante au fost propuse le nivel regional si national. Aceste tinte au fost transformate în tinte pentru crestere procentului de energii neconventionale, incluzînd si enerdia eoliana.

Pentru a atinge aceste tine, tari din Europa si din alte regiuni au adoptat o serie de mecanisme tactice.

Cum piata de vînzare a crescut, energia eoliana a aratat o cadere dramatica în pret. Costul de producere a unui kilowatt ora de energie eoliana a scazut cu 20% în ultimi 5 ani. Turbinele eoliene individuale au crescut de asemenea în capacitate, cu masini larg comercializate ajungînd la 2 500 kW si acum sunt construite prototipuri de peste 4 000 kW.

Resursele eoliene mondiale si cererea de electricitateUn numar de aprecieri confirma ca resursele eoliene mondiale sunt foarte mari si bine

distribuite în aproape toate regiunile si tarile. Resursele totale disponibile care sunt tehnic recuperabile sunt estimate sa a fi 53 000 Terawatt ora pe an. Aceastea sunt de doua ori mai mari decît întreaga cerere de energie în 2020.

Cererea de electricitate viitoare este apreciata de Agentia Iternationala de Energie (International Energy Agency). AIE apreciaza ca în 2020, cererea de energie va ajunge la 25 578 TWh. Pentru ca energia eoliana sa ajunga în 2020 la 12% din consumul mondial este necesar ca productia de energie sa fie de 3 000 TW/h pe an pîna în 2020. 12% din electricitatea mondiala pentru energia eoliana

Pe baza recentelor studii, este posibil ca energia eoliana trebuie sa creasca cu o rata medie, la instalatii noi anuale, cu 25% pîna în anul 2008. Aceasta crestere este cea mai mare, termîndu-se, aceasta perioada, cu un total de 133 745 MW conectati.

Din 2009 pîna în 2014, rata de crestere scade la 20% pe an, rezultînd 426 253 MW din capacitatea instalata pîna în 2013. Dupa aceast an, rata de crestere va scade la 15% si la 10% în 2018. Pîna la sfîrsitul anului 2020, scenariul arata ca energia eoliana va ajunge la o capacitate instalata de aproape 1,2 milioane MW. Aceasta reprezinta o productie de 3 00 TWh, un nivel echivalent cu 12% din cererile de energie mondiala.

Din 2020 rata anuala de instalare va avea un nivel de 151 490 MW pe an. Aceasta înseamna ca pîna în 2040, energia eoliana mondiala va ajunge la 3 100 GW, ceea ce reprezinta 22% din consumul mondial.

Principalele aprecieri sunt: Rata annual de crestere: rata de crestere de 20 – 25% este mare pentru echipamentele

uriase industriale. În ultimii 5 ani media anuala de crestere al turbinelor instalate s-a apropiat de 36%. Dupa 2013, rata de crestere scade la 15% si apoi la 10% în 2018.

Progrsul ratei: teoria curbei de învatare industriala sugereaza ca costurile scad cu 20% de fiecare data cînd numarul de unitati produse se dubleaza. Progresul ratei se presupune ca va începe sa creasca la 0.85 pîna în 2010. Dupa aceasta, raportul se va reduce la 0.90 si apoi la 1.0 în 2026.

Cresterea dimensiunii turbinelor: dimensiunea medie al noilor turbine ce încep sa se instaleze este asteptata sa creasca în creasca în urmatoarea decada.

Compararea cu alte tehnologii: energia nucleara a ajuns acum la un nivel de 16%, iar cea hidro la 19%.