Colegiul Tehnic “Dimitrie Leonida” Oradea

Exemplu de bună practică

Noi tehnologii în producerea

energiei electrice

“Hand in hand for the

environment protection”.

ACEST PROIECT ESTE FINANŢAT CU SPRIJINUL COMISIEI EUROPENE ÎN

CADRUL PROGRAMULUI SECTORIAL COMENIUS AL PROGRAMULUI DE ÎNVĂŢARE PE TOT PARCURSUL

VIEŢII

Lifelong Learning Programme

PARTENERI:

• Ies Ciudad Jardin- Spain, • Aliaga Mesleki Ve Teknik Egitim Merkezi-

Turkey,• Zespół Szkół Ponadgimnazjalnych Nr 3 W

Inowrocławiu-Poland, • Vocational School "Tzar Ivan Asen II"-Bulgaria, • Istituto Magistrale Statale “Regina

Margherita”-Italy • 1st Epaggelmatiko Lykeio Dramas- Greece.

SCOPUL:

• Sensibilizarea elevilor în ceea ce priveşte protejarea mediului

înconjurător, astfel încât pe viitor efectele acestei sensibilizări

să se concretizeze prin: utilizarea conştientă şi responsabilă a

resurselor naturale, mai puţină risipă, conservarea energiei.

• Aceasta se va realiza printr-o abordare interdisciplinară,

parteneriat eficient şi dintr-o perspectivă multiculturală, astfel

încât populaţia şi instituţiile să contribuie la durabilitatea

mediului înconjurător.

ACTIVITĂŢILE PRINCIPALE:

• diferite studii cu privire la consumul de produse alimentare organice-bio, consumul de apă şi energie, mijloacele de transport a energiei practicate în fiecare ţară implicată în proiect

• cercetări cu privire la defrişarea pădurilor, poluarea apei, poluarea produsă de gazele de eşapament şi consecinţele acestora asupra mediului

• surse de energie tradiţionale şi alternative• expoziţii şi parada modei cu materiale

confecţionate din produse reciclabile• activităţi de voluntariat.

ORADEA, mai 2012...

Deşi energia electrică este o energie curată, în sensul că, atunci când este utilizată, aceasta nu produce pulberi sau reziduri, totuşi, producerea ei implică unele influenţe asupra mediului. Astfel, în cazul centralelor termoelectrice care funcţionează cu cărbuni, arderea combustibililor implică degajări de gaze nocive în atmosferă, care se reîntorc pe sol sub formă de ploi acide ce distrug vegetaţia şi pun în pericol sănătatea populaţiei.

Poluant Efecte

• Oxizi de sulf (SO2, SO3) Dăunează direct organismului uman

Acţionează asupra florei şi faunei.

Determină formarea ploii acide.

• Oxizi de azot (NO, NO2) Dăunează direct organismului uman

Determină formarea ploii acide.

• Pulberi (cenuşă zburătoare) Iritaţii ale mucoaselor oculare şi cele ale căilor respiratorii.

• Dioxid de carbon (CO2) Contribuie la efectul de seră.

• Dioxidul de azot (N2O) Contribuie la efectul de seră.

Contribuie la distrugerea păturii de ozon din stratosferă.

• Monoxidul de carbon (CO) Efecte toxice asupra regnului animal.

• Clorul, Fluorul (Cl, F) Formarea de acizi (HCl, HF) cu efecte toxice.

Fluorul conduce la distrugerea stratului de ozon.

• Aerosoli toxici Efecte toxice şi cancerigene.

• Metale grele (Cr, Ni, Cd, As, Pb, etc) Efecte toxice şi cancerigene.

Metode de reducere a emisiilor poluante

- Pentru praf- electrofiltre cu performanţe superioare, filtre cu saci, evacuare zgură şi cenusă în “fluid dens” - Pentru SO2 - realizare instalaţii de desulfurare. - Pentru NOx - modernizare cazane şi arzătoare. - Pentru CO2 - reducerea consumurilor prin creşterea eficienţei, captarea CO2, descoperirea unor alte tehnologii. - Pentru apă - funcţionarea în circuit închis.

Prin proiectele derulate, noi, elevii şi profesorii de la C.T. “D.L.” am dorit să participăm la transformarea oraşului nostru într-un oraş verde...

... care foloseşte ENERGIE VERDE.

PARCUL COPIILOR-ILUMINAT

ZONA PRIMĂRIEI-ILUMINAT STRADAL

LINIA DE TRAMVAI A OTL SA-

ALIMENTAREA CU ENERGIE ELECTRICĂ

A SISTEMULUI DE UNGERE A ŞINEI

"Energie verde" este un termen care se referă la surse de energie regenerabilă şi nepoluantă. Electricitatea generată din surse regenerabile devine din ce în mai

disponibilă. Prin alegerea unor astfel de surse de energie regenerabilă consumatorii pot susţine dezvoltarea unor energii curate care vor reduce

impactul asupra mediului asociat generării energiei conventionale şi vor creste independenţa energetică.

Mai mult, când aceste tehnologii pot sa vină în ajutorul consumatorului prin reducerea facturilor pentru diferite utilităti (energie electric, apă, încălzire) .

De ce ENERGIE VERDE ?

• datorită schimbărilor climei produse la scară planetară în ultimii ani care au produs modificări hidrografice cu consecinţe neplăcute.

• datorită, pe de-o parte înmulţirii populaţiei globului, adică creşterii numărului de locuinţe, clădiri, industrii, mijloace de transport, toate producătoare de emisii de dioxid de carbon şi alte gaze nocive si pe de altă parte cresterii continue a necesarului de energie => problema unor surse de energie nepoluante a devenit presantă, iar in unele zone chiar urgentă. 

• datorită unui nou mod de viată – situaţia confortabilă de a fi parţial sau total independent din punct de vedere energetic, sau chiar de a furniza energie vecinilor sau reţelei de electricitate.

datorită creşterii continue a preţurilor la energie electrică şi

diminuarea substanţială a rezervelor mondiale de combustibili utilizaţi

în tehnologiile clasice: cărbune, păcură, etc.

•  Aceste energii se găsesc peste tot în natură, chiar şi în

Oraşe. Sunt gratis, ele trebuiesc doar captate şi

transformate.

  Energia solară

= totalitatea radiaţiilor emise de soare

• Metode de captare a energiei solare

1.Tehnologii pasive2.Tehnologii active

• 1.Tehnologii pasive - se bazează pe proprietatile materialelor de a înmagazina sau transmite energia solară sub formă de căldură sau lumină. Cele mai cunoscute sunt:- captarea căldurii în sere în vederea optimizării proceselor de creştere a plantelor.

- dirijarea luminii soarelui prin oglinzi şi ghiduri de lumină în

interiorul cladirilor (se reduce consumul de energie electrică pt.

iluminare în timpul zilei).

- înmagazinarea căldurii în timpul zilei in diferite părţi interioare ale unei construcţii pasive special concepută cu inerţie termică mare care în timpul nopţii cedează căldura ambientului.

• Casele subterane au fost construite din cele mai vechi timpuri, în special în zona temperatã a Terrei. Cea mai veche dovadã arheologicã dateazã din neolitic: este vorba despre aşezarea Skara Bare din Insulele Orkney, în nordul Scoţiei. Cea mai faimoasã casã subteranã modernã, şi probabil şi cea mai mare aparţine lui Bill Gates – conducãtorul Microsoft şi este situatã pe malul lacului Washington, în Statele Unite.

• Principiul care stã la baza construcţiei acestor case este urmãtorul: pãmântul, datoritã densitãţii ridicate, izoleazã pereţii casei de diferenţele de temperaturã din exterior. De exemplu, în timpul iernii, dacã temperatura aerului a coborat sub 0 grade, temperatura solului nu coboarã sub 13-15 grade C. În timpul verii, aceleaşi proprietãti izolatoare ale pamântului feresc casa de supraîncãlzire, deoarece variaţiile de temperaturã din sol sunt foarte mici de la un anotimp la altul.

• De regulã, casele construite în pãmânt au doi pereţi la suprafaţã: peretele dinspre sud şi tavanul. Aceştia sunt şi pereţii care slujesc drept sursă de luminã naturalã (au ferestre şi luminatoare) şi de căldurã, fiind construiţi din materiale care au capacitatea de a capta şi stoca cãldura. Aceastã căldurã stocatã în timpul zilei este rãspanditã în clãdire în cursul nopţii, necesitând un aport mic de încãlzire din surse convenţionale.

• - creşterea temperaturii unui agent termic cu panouri solare

• - concentrarea cu ajutorul oglinzilor parabolice a radiariei soarelui în schimbătoare de căldură cu ridicarea temperaturii agentului termic la temperaturi de 400°C şi convertirea în electricitate.

• - stocarea căldurii în materiale speciale care îşi schimbă starea prin încălzire şi revin la starea intiţială după răcire.

Harta radiaţiei solare în lume

2.Tehnologii active

• Panouri fotovoltaice - transformă radiaţia solară direct în energie electrică cu ajutorul celulelor fotovoltaice.

• Prima celula solară a fost contruită de Charles Fritts în anii 1880. Deşi prototipul convertea mai puţin de 1% din lumina incidentă în electricitate, această descoperire este considerată una foarte importantă.

• Pentru a avea energie electrică de la soare, avem nevoie de un panoul fotovoltaic ce are o celulă solară sau mai multe celule. Celula solară absoarbe o parte din particulele de lumină ce cad pe aceasta, numite şi fotoni. Fiecare foton conţine o cantitate mică de energie. Atunci când un foton este absorbit, acesta eliberează o pereche electron-gol din materialul celulei solare. Electronul se va deplasa spre interior. Deoarece fiecare parte a celulei solare este conectată la un cablu, se crează o diferenţă de potenţial şi posibilitatea închiderii unui curent prin acest circuit. Celula va produce electricitate ce poate fi folosită instantaneu sau înmagazinată în acumulatori. 

• 1. Lumina (fotoni)

•2. Suprafata frontală

•3. Strat negativ

•4. Strat izolator

•5. Strat pozitiv

•6. Suprafaţa posterioară 

• Energia electrică este produsă atât timp cât panoul este expus la lumină. Materialele din care sunt fabricate celulele solare sunt semiconductoare şi au o durată de viată de cel puţin 25 de ani. Randamentul panourilor solare va scădea în timp. Ritmul de scădere în timp al randamentului este garantat de către fiecare producător de panouri solare. Uzura panourilor este dată de mediul înconjurător şi modalitatea de montaj a acestora.

• Tensiunea electromotare maximă la bornele unei celule solare (de exemplu la cele mai utilizate, celulele de siliciu cristaline) este de 0,5 V.

• Structura celulelor solare se realizează în așa mod încât să absoarbă cât mai multă lumină și să apară cât mai multe sarcini în joncțiune. Pentru aceasta electrodul de suprafață trebuie să fie transparent, contactele la acest strat să fie pe cât posibil de subțiri, pe suprafață se va aplica un strat antireflectorizant pentru a micșora gradul de reflexie a luminii incidente. Acestui strat antireflectorizant i se atribuie culoare negru-albăstruie.Celulele solare fără aceast strat ar avea o culoare gri-argintie.

Eficienţa celulelor solare

• Eficenţa celulelor solare variază de la 6% pentru celulele cu siliciu amorf până la 40.7%, la celulele cu jonctiuni multiple (încă în dezvoltare), şi la 42.8% pentru cele asamblate într-un pachet hibrid.

• Pentru celulele pe bază de siliciu policristaline ce se afla în comerţ, eficenţa este între 14%-19%.

• Celulele cu cea mai mare eficenţă nu sunt tot timpul şi cele mai economice. De ex., o celulă multijonciune pe bază de materiale exotice (galiu sau indiu-diselenid) care are o eficenţă de 30%, poate costa de 100 de ori mai mult ca o celulă de siliciu amorf de eficenţă 8%, pe când eficienţa fiind doar de aprox. 4 ori mai mare.

• Creşterea eficienţei poate fi realizată crescând intensitatea luminii.  Cu ajutorul opticii se poate concentra o cantitate mai mare de lumină şi astfel eficienţa creşte cu până la 15%.

Factorii de care s-a ţinut cont la achiziţionarea panoului fotovoltaic montat pe acoperişul terasă al C.T. “D.L.”

• Zona geografică unde urmează a se monta panoul solar

• Orientarea clădirii 

• Raza luminoasă parcurge o linie dreaptă de la Soare spre Pamânt. La intrarea în atmosfera Pamântului, o parte din lumină se împrăştie iar o parte ajunge la sol într-o linie dreaptă. O altă parte a luminii este absorbită de atmosferă. Lumina ce s-a împrăştiat în atmosferă este ceea ce noi numim lumină difuză sau radiaţie difuză. Raza de lumină ce ajunge pe suprafaţa solului fără să fie împrăştiată este denumită radiaţie directă. Radiaţia solară directă este cea mai cunoscută şi simţită în mod direct de către oameni.

 

• 1. direct

•2. absorbtie

•3. reflexie

•4. indirect

• Numai o mică parte a radiaţiei solare ajunge cu adevărat pe solul Pământului. Un panou solar produce energie electrică chiar şi atunci când nu există radiaţie directă. Aşadar, chiar dacă este înnorat afară, un sistem solar va produce energie electrică. Totusi, cele mai bune condiţii de obţinere a energiei electrice sunt în zilele însorite, iar panoul îndreptat direct spre Soare. Dacă nu se optează pentru siteme de orientare automată în funcţie de soare, se va face un compromis în aşezarea panourilor. Pentru zonele ce se află în emisfera nodică, panourile se vor orienta spre sud, iar pentru cele din emisfera sudică, se vor orienta spre nord.O mica deviaţie de la orientarea optimă nu va avea un efect semnificativ în producţia de energie electrică anuală.

• Înclinarea optimă /gradul de umbrire - ideal captatoarele trebuie sa nu fie umbrite

cel puţin 6 ore pe zi

Soarele traversează cerul de la est la vest. Panourile solare au un randament mai mare dacă sunt orientare perpendicular cu Soarele la mijlocul zilei, când intensitatea luminoasă este cea mai mare. Majoritatea sistemelor solare sunt montate pe acoperiş pe un cadru metalic având o poziţie fixă neputând să urmărească Soarele pe durata zilei. Unghiul dintre planul orizontal şi panoul solar este numit unghi de înclinare. Deoarece Pamântul se roteşte în jurul Soarelui există variaţii şi în funcţie de anotimpuri. Soarele nu va ajunge în acelaşi unghi la sol iarna şi vara. Poziţia panourilor pe timp de vară este mai „orizontală” decât pe timp de iarnă, arată că se va face un compromis între cele două situaţii.  Pentru fiecare latitudine există un unghi de înclinaţie optim. Numai în zonele foarte apropiate de Ecuator, panourile pot avea un unghi de înclinaţie aproape de zero.

 

 

• 1. radiaţie solară pe timp de iarnă2. radiaţie solară pe timp de vară

Unghiul optim pe timp de iarnă şi vară

Calculele financiare şi alegerea propriu-zisă a caracteristicilor panoului fotovoltaic şi a echipamentului aferent

• 1. Pentru instalaţia noastră experimentală, primul lucru a fost să întocmim o listă cu consumatorii intraţi în experiment, luând în calcul ciclul aproximativ de folosire al acestora.

Am ales ca şi consumator în experiment un tub fluorescent de 36 W folosit pentru iluminatul Laboratorului de Electrotehnică.

Am verificat dacă tipul consumatorilor este unul economic sau fluorescent, dacă nu, primul lucru este să schimbăm consumatorii cu alţii cu consum redus de energie electrică.

• 2. Am verificat câţi Waţi sunt consumaţi într-o zi.

E= Pxt=36x6=216 Wh/zi=0,216 kWh/zi

• 3. Alegerea configuraţiei pentru alimentare prin sistem fotovoltaic conform catalogului producătorului,

Consumul de energie electrică necesar într-un an

E= 0,216x 365zile= 79 kWh/an

• Important de ştiut e că în condiţiile oraşului nostru, un panou corect instalat va produce:

1,330-1,360 kworă pe an pentru fiecare watt de putere instalată a panoului

Harta radiaţiei solare în România

• Deci, panoul nostru, trebuie să aibă o putere instalată de minim P=79/1,33x1=60 W pentru timp de vară, la expunere maximă .

• Iarna , puterea instalată a aceluiaşi panou scade la aprox 50% din cea maximă => alegem o putere acoperitoare pentru tot timpul anului P’ >P.

P’=2 x P=2 x 60=120 W

• Am ales din catalogul furnizorului varianta finală de panou fotovoltaic 130W/12V, un invertor de 150W/12.

• Cod Produs LPS00340

• Energie produsa pe zi/vara 520 Wh/zi

• Putere maxima 130 W

• Tensiune 12 V

• Tensiune la putere max 17,8 V

• Curent la put max 7,30 A

• Tensiune in gol 21,7 V

• Curent scurt circuit 8,18 A

• Numar celule/panou 36 Buc.

• Dimensiune celula 156x156 mm

• Dimensiune panou 1500x680x35

• Greutate 12,1 kg

• Garantie 26 ani

3. Calcul autonomie baterii în funcţie de consumatori  Am preluat de pe site-ul producătorului un program de calcul al autonomiei

bateriei alese:

• 4. Valoare investiţie iniţială 3463 lei+ TVA=4294,12 lei

Un panou de 130 de watt ce costă 3463 lei va produce în 25 de ani cam 79 kWh/anx 25 = 1975 kWh

şi (cel putin în teorie) până îşi va da sfârşitul complet va mai putea produce tot atâta.Deci, fără calcule economice privitoare la 25 de ani de rate, dobânzi, inflaţie etc., costul în acest timp ar fi de vreo 1,75 lei/kwh, adică 40 eurocenţi pe kWh.

• Panourile normale cu siliciu se pare, că după aproximativ 25 de ani îşi păstrează peste 80% din capacitate. Dacă socotim că în această perioadă 20-30% se defectează din diverse motive, se poate estima că 25-30 de ani e perioada de înjumătăţire a capacităţii de producţie.

• Deci, pentru fiecare kwh produs la costul de 40 eurocenţi în primii 25 de ani, panoul va mai da încă un kwh "gratis" după aceea, deci, în condiţii ideale putem considera că preţul kWh se înjumătăţeşte.

• 5. Avantajele şcoliiAvantajul economic –dacă şcoala ar fi plătit cei 1975 KWh în 25 ani, conform valorii kWh-ei facturate la

tarifele actuale,

1975 x 0,42093 lei( valoare fără TVA)= 831,35 lei

 

Marele avantaj însă, îl constituie latura nepoluantă a energiei obţinute,astfel încât emisiile de CO2 sunt practic inexistente.

Dacă cei 1975 kWh produşi în 25 ani s-ar fi obţinut în CET1 Oradea, emisiile de CO2 aferente ar fi fost

ECO2 = Wi,l x fi,CO2 [kg/an]

Wi,l = 79 [kWh/an] – reprezintă energia electrică consumată pentru iluminat din S.E.E.N

fi,CO2 = 0,09 [kg/kWh] – reprezintă factorul de emisie la electricitate în centrale pe cărbune;

ECO2 = 79x 0,09=7,11 [kg/an]

în 25 ani,

ECO2 = 7,11 x 25=177,75 kg

Avantaje umane: formarea elevilor ca cetăţeni pentru un mediu ecologic.

De ce un sistem de panouri fotovoltaice în locul energiei produsă de Electrocentrale Oradea ?

-Energia fotovoltaică constă doar într-o investiţie iniţială, dar

costuri de producţie 0…

-Este o sursă de energie nepoluantă…

-Într-o perioadă în care se pune problema reducerii substanţiale a zăcămintelor

de combustibili clasici, radiaţia solară este inepuizabilă….

-Independenţa faţă de furnizorul de electricitate!!!!

Reducerea costurilor prin lipsa facturii de energie electrică, dacă investiţia iniţială este obţinută prin proiecte europene!!!

Reducerea emisiilor de CO2 !!!

PLANURI DE VIITOR:

Implicarea în proiecte similare!

Vă mulţumim pentru atenţie!

Material întocmit de ing. Florina EneMembri reţea 6:

prof. Monica Berceprof. Daniela Vîlceanu