CONVERSIA ENERGIEICONVERSIA ENERGIEI SOLARESOLARE

CUPRINS

Introducere…………………………………………………………………………………………..1Conversia şi captarea energiei solare…………………………………………..2Moduri de conversie a energiei solare………………………………………….2Formele de energie si formele de conversie a acestora………….2Conversia energiei solare în alte forme de energie………………….4Captarea energiei solare - Domenii de utilizare…………………………5Consideraţii generale asupra captatoarelor cu concentraţia radiaţiei……........................................................7Tipuri de captatoare solare cu concentrator………………………………8Aspecte constructive……………………………………………………………..…….…10Acumularea energiei solare.Consideraţii generale……………………13Concluzii privind sistemele de stocare a energiei solare…....17

2

IntroducereEnergia solarã reprezintã una din potenţialele viitoare surse de

energie, folositã fie la înlocuirea definitivã a surselor convenţionale de energie cum ar fi: cãrbune, petrol, gaze naturale etc, fie la folosirea ei ca alternativã la utilizarea surselor de energie convenţionale mai ales pe timpul verii, cea de a doua utilizare fiind în momentul de faţã cea mai raspânditã utilizare din întreaga lume.

Poate cel mai evident avantaj, în vederea utilizãrii acesteia, pe care îl are, este acela de a nu produce poluarea mediului înconjurãtor, deci este o sursã de energie curatã; un alt avantaj al energiei solare este faptul cã sursa de energie pe care se bazeazã întrega tehnologie este gratuitã.

Utilizarea energiei solare apare din timpurile istoriei ca prezentã în viaţa oamenilor sub diferite forme: armã, curioziotate, utilizare efectivã; astfel în secolul al III-lea î.H., matematicianul grec Arhimede (287 - 212 î.H.) a apãrat cetatea Siracuza (Sicilia) de atacuri, cu ajutorul unor oglinzi uriaşe care orientau fasciculele de luminã focalizatã spre navele inamice, incendiindu-le.

3

în 1767, apare şi termenul de energie termo-solarã, când omul de ştiinţã eleveţian Horace de Saussure a inventat "cutia fierbinte", în fapt cel dintâi colector solar iar în 1830 astrologul Sir John Hershel utilizeazã "cutia fierbinte" pentru a gãti în timpul unei expediţii în sudul Africii ori în anul 1891 când are loc patentarea primului sistem comercial de încãlzire a apei de cãtre Clarence Kemp.

Dintre toate sursele de energie care intrã în categoria surse ecologice şi regenerabile cum ar fi: energia eolianã, energia geotermalã, energia mareelor; energia solarã se remarcã prin instalaţiile simple şi cu costuri reduse ale acestora la nivelul unor temperaturi în jur de 100°C, temperaturã folositã pentru încãlzirea apei cu peste 40 grade peste temperatura mediului ambiant, instalaţii folosite la încãlzirea apei menajere sau a clãdirilor. De aceea, este deosebit de atractivã ideea utilizãrii energiei solare în scopul încãlzirii locuinţelor şi se pare cã acesta va fi unul dintre cele mai largi domenii de aplicaţie a energiei solare în urmãtorul secol. Tehnologia echipamentului pentru instalaţiile solare de încãlzire a clãdirilor este deja destul de bine pusã la punct într-o serie de ţãri ca Japonia, S.U.A., Australia, Israel, Rusia, Franţa, Canada şi Germania.

4

Conversia şi captarea energiei solareModuri de conversie a energiei solare

Formele de energie şi formele de conversie a acestora

În funcţie de etapele de conversie şi utilizare, energia are formele urmãtoare:

Energie primarã (Aceastã energie este recuperatã din naturã) o Finitã (combustibili clasici) o Regenerabilã

Energie secundarã definitã ca formã de energie obţinutã prin conversia energiei primare şi care poate fi folositã într-o gama largã de aplicaţii (energie electricã, mangalul, cãrbunele sortat de calitate superioarã, lemnul de foc tãiat şi spart etc.)

Energie finalã reprezintã energia obţinutã prin conversia energiei secundare într-un motor ,cazan , calculator, bec…

Energia utilã se obţine prin conversia energiei finale şi este energia efectiv înglobatã într-un produs sau exclusiv utilizatã pentru un serviciu.

Formele primare pot fi grupate astfel:

Surse convenţionale (clasice): sursele care s-au impus prin folosire îndelungatã (combustibili fosili, deşeurile combustibile)

Surse neconvenţionale : surse care nu au o folosire îndelungatã (energie nuclearã, energie primarã regenerabilã cu cele trei forme: energie solarã, energie geotermalã, energia datã de mişcarea planetelor).

Sursele regenerabile (reînnoibile) sunt sursele care se regenereazã pe mãsurã ce sunt consumate. Sursele regenerabile de energie sunt radiaţia solarã, energia geotermalã şi energia datã de mişcarea planetelor din Sistemul Solar.

Cel mai mare aport de energie primarã este adus de radiaţia solarã ce ajunge în straturile superioare ale atmosferei terestre. Aproximativ 30% din radiaţia primitã de pamânt este reflectatã în spaţiul cosmic de cãtre nori

5

şi suprafaţa terestrã iar restul de 70% este absorbitã ea regãsindu-se în cãldura aerului, a apei, în cãldura latentã de evaporare a apei din mãri şi oceane şi de pe suprafaţa de uscat umedă; se regãseşte în biomasã datoritã proceselor de fotosintezã din plante.

Cãldura absorbitã de aer şi apã este remisã în cele din urmã sub formã de radiaţii infraroşii (IR) spaţiului înconjurãtur.

Cãldura latentã de evaporare a apei este deasemenea eliberatã prin condensare.

Energia geotermalã produce un flux de energie comparativ mic dinspre litosferã spre atmosferã şi oceane prin conducţia cãldurii. Din aceastã energie numai 1% se regãseşte în vulcani sau în câmpuri geotermale active.

Mişcarea planetelor din sistemul solar se regãseşte disipatã în mareele din oceane. Fluxurile de energie generate de radiaţia solarã şi celelalte douã surse în mediului înconjurãtor al omului sunt fluxurile naturale de energie secundarã care sunt mult mai mici decât fluxurile rezultate prin transferul direct de enegie de la lumina solarã. Aceste fluxuri de energie naturalã sunt:

Energia potenţialã şi cineticã a cursurilor de apã Vânturile, valurile şi energia cineticã a curenţilor oceanici Energia solarã absorbitã prin fotosintezã din biomasã

Cele mai importante fluxuri naturale de energie din mediul înconjurãtor direct al omului, ce pot fi exploatate sunt:

Radiaţia solarã absorbitã la nivelul scoarţei terestre Vânturile care transportã aer fierbinte şi umed spre poli şi aer rece şi

uscat cãtre ecuator

Conversia energiei solare în alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia în alte forme de energie, conversii care sunt:

conversia fototermicã

6

care prezintã o mare importanţã în aplicaţiile industriale (încãlzirea clãdirilor, prepararea apei calde de consum, uscarea materialelor, distilarea apei etc.). în cazul conversiei fototermice, adicã a termoconversiei directe a energiei solare, se obţine cãldura înmagazinatã în apa, abur, aer cald, alte medii (lichide, gazoase sau solide). Cãldura astfel obţinutã poate fi folositã direct sau convertitã în energie electricã, prin centrale termoelectrice sau prin efect termoionic; poate fi folositã prin transformãri termochimice sau poate fi stocatã în diverse medii solide sau lichide.

conversia fotomecanicã care prezintã importanţã deocamdatã în energetica spaţialã, unde conversia bazatã pe presiunea luminii dã naştere la motorul tip "velã solarã", necesar zborurilor navelor cosmice. Conversia fotomecanicã se referã la echiparea navelor cosmice destinate cãlãtoriilor lungi, interplanetare, cu aşazisele "pânze solare", la care, datoritã interacţiei între fotoni şi mari suprafeţe reflectante, desfãşurate dupã ce nava a ajuns în "vidul cosmic", se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie.

conversia fotochimicã care poate prin douã moduri sã utilizeze Soarele într-o reacţie chimicã, fie direct prin excitaţii luminoase a moleculelor unui corp, fie indirect prin intermediul plantelor (fotosintezã) sau a transformãrii produselor de dejecţie a animalelor. Conversia fotochimicã priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai sus.

conversia fotoelectricã cu mari aplicaţii atât în energetica solarã terestrã, cât şi în energetica spaţialã. Conversia fotoelectricã directã se poate realiza folosind proprietãţile materialelor semiconductoare din care se confecţioneazã pilele fotovoltaice. Problema a fost complet rezolvatã la nivelul sateliţilor şi a navelor cosmice, dar preţurile, pentru utilizãrile curente, sunt încã prohibitive.

7

Captarea energiei solare - Domenii de utilizare

Energia solarã cu ajutorul diverselor instalaţii se utilizeazã în toate domeniile de activitate şi pentru diferite procese cum ar fi: cel mai raspândit pentru încãlzirea apei menajere, pentru producerea de curent electric, pentru uscarea lemnului, pentru desalinizarea apei etc. Energia solarã se foloseşte în diverse activitãţi cum ar fi:

Utilizãri directe în industrie şi agriculturã

cuptoare solare uscãtorii solare încãlzitoare solare distilerii solare desalinizarea apei de mare

Utilizãri indirecte în industrie şi agriculturã

transformarea în energie mecanicã transformarea în energie electricã

Utilizãri casnice climatizare de iarnã şi varã apã caldã menajerã frigidere solare

8

sobe de gãtit solare pile solare

Utilizãri cosmice

Domenii de utilizare a principalelor tipuri de instalaţii solare

IMAGINIINSTALAŢII CU

TEMPERATURI DOMENIU

Colector plan 100°C

încãlzire preparat apã caldã uscare desalinizare

Colector cu concentratorcilndrico - parabolic

300 - 500°Cde producere a apei fierbinţi şi a aburului

9

Colector cu concentratorde revoluţie

600 - 900°C

procese tehnologice de descompunere a unor substanţe pentru producere de lucru mecanic şi energie electricã

Sisteme de concentrarea radiaţiei cu heliostateşi receptor turn

3000 - 5000°C

pentru determinarea performanţelor diferitelor materiale la temperaturi înalte

Consideraţii generale asupra captatoarelor cu concentraţia radiaţiei

Captatoarele cu concentrator (sau cu focalizarea radiaţiilor) utilizeazã sisteme optice bazate pe reflexie sau refracţie pentru a mãri densitatea fluxului de radiaţie care cade pe suprafaţa de captare a receptorului. În consecinţã, un captator cu focalizare poate fi considerat ca un caz special de captator plan, modificat prin interpunerea între receptor şi Soare a unui concentrator de radiaţii. Odatã cu creşterea densitãţii fluxului de radiaţie solarã care ajunge la receptor scade suprafaţa necesarã de recepţie pentru o aceeaşi cantitate totalã de energie captatã ceea ce determinã în mod corespunzãtor scãderea pierderilor termice ale receptorului şi conduce în final la obţinerea unor temperaturi mai mari în fluidul de lucru. Pe de altã parte însã, sistemele cu concentrator funcţioneazã numai pe baza componentei directe a radiaţiei solare. În consecinţã radiaţia difuzã este pierdutã pentru captare şi în plus apar şi alte pierderi optice suplimentare, faţã de captatoarele plane. Pe lângã acestea pierderile prin radiaţie la temperaturi mai mari decât cele din captatoarele plane devin din ce in ce mai importante.

10

În funcţie de principiul de funcţionare şi construcţia concentratorului se pot obţine valori foarte diverse pentru densitatea fluxului de radiaţie pe suprafeţele absorbante ale receptorului: de la valori relativ mici de 1,5 - 2 kW/m2 pânã la valori foarte mari de ordinul a 10000 kW/m2. Odatã cu creşterea densitãţii fluxului de radiaţie creşte şi temperatura la care este preluatã cantitatea de cãldurã utilã. Deoarece creşterea densitãţii fluxului de radiaţie atrage dupã sine necesitatea îndeplinirii unor exigenţe sporite în ceea ce priveşte precizia sistemelor optice folosite pentru concentrare, se ajunge pânã la urmã la creşterea costului captatorului în ansamblu (concentrator - receptor). Astfel, costul energiei furnizate de un sistem de captare cu focalizare este funcţie directã de temperaturã la care se livreazã aceastã energie. De altfel se ştie din termodinamicã, cã energia termicã este cu atât mai valoroasã cu cât nivelul de temperatura la care este livratã este mai ridicat deoarece, conform cu principiul 2 al termodinamicii (randamentul Carnot), convertirea cãldurii în lucru mecanic se face cu un randament ce depinde direct de temperatura sursei calde şi a celei reci.

Din punctul de vedere al realizãrii practice (proiectare, tehnologie, exploatare) captatoarele cu concentrator prezintã câteva probleme suplimentare faţã de captatoarele plane. Astfel, cu excepţia unor sisteme cu raport mic de concentrare, toate captatoarele cu focalizare necesitã un sistem de orientare pentru urmãrirea mişcãrii aparente diurne, lunare sau anotimpuale a Soarelui, în aşa fel încât cu ajutorul sistemului optic de concentrare radiaţia directã sã fie dirijatã permanent cãtre suprafaţa absorbantã a receptorului. Pe de altã parte apar şi unele cerinţe specifice pentru întreţinerea sistemelor optice, în special pentru pãstrarea calitãţii suprafeţelor de reflexie sau refracţie împotriva murdãririi, oxidãrii, deteriorãrii sau deformãrii.

Tipuri de captatoare solare cu concentrator

Existã o mare diversitate de tipuri de captatoare solare termice, începând cu cele mai simple de genul captatoarelor plane şi sfârşind cu cele mai complicate de genul celor cu concentrator parabolic care necesitã o urmãrire continuã şi precisã a Soarelui. Trebuie notat cã nu se poate vorbi de un anumit tip de captator solar ca fiind cel mai bun pentru toate aplicaţiile posibile. Depinzând de temperatura de regim a fluidului de lucru care preia cãldura în captator şi de mulţi alţi factori (cum ar fi poziţia geograficã, dimensiunile şi timpul de viaţã al instalaţiei); diferite captatoare solare pot

11

prezenta cel mai promiţãtor raport al energiei totale livrate cãtre costul total al instalaţiei (pe întreaga duratã de viaţã a acesteia).

Orice captator solar termic are în general randamentul de captare în funcţie de temperatura de lucru şi de temperatura mediului ambiant. De obicei puterea termicã captatã este proporţionalã cu urmãtorii factori:

densitatea de putere a radiaţiei solare cea directa plus o fracţiune din cea difuzã, depinzând de raportul de concentrare;

geometria captatorului include: orientarea acestuia, respectiv urmãrirea Soarelui; proiecţia ariei vãzute de Soare într-un plan perpendicular pe razele Soarelui; eventuale umbriri şi ecranãri ale radiaţiei solare;

eficienţa opticã legatã de fracţiunea din radiaţia solarã interceptatã de captator care ajunge la suprafeţele absorbante ale receptorului;

eficienţa absorbţiei şi a transformãrii din energie radiantã - opticã în energie termicã de cãtre suprafeţele absorbante ale receptorului.

Puterea termicã utilã va fi puterea termicã absorbitã minus pierderile termice în receptor (prin conducţie, convecţie, şi radiaţie). Se poate observa cã odatã cu creşterea factorului geometric de concentrare a radiaţiei se reduce raportul între puterea termicã pierdutã şi puterea termicã absorbitã; în schimb eficienţa absorbţiei scade iar complexitatea sistemului creşte (din cauza geometricii pretenţioase a concentratorilor şi din cauza sistemelor de mişcare şi urmãrire a Soarelui). Odatã cu creşterea complexitãţii sistemului, evident creşte şi costul instalaţiei de captare. Totuşi alegerea unui sistem de captare nu se poate face numai dupã cost, deoarcece factorul cel mai important într-o instalaţie termicã este temperatura agentului de lucru; ori aceastã temperaturã nu poate fi atinsã întotdeauna cu orice sistem de captare.

Aspecte constructiveCaptatorul cu concentrare (focalizare) nu este decât un caz

particular al captatorului plan, cãruia prin introducerea concentratorului de

12

radiaţii i s-a micşorat suprafaţa de recepţie şi odatã cu aceasta i s-au redus pierderile de cãldurã, obţinând în final temperaturi mai ridicate ale fluidului de lucru. Captatorul cu concentrator piramidal face parte din categoria captatoarelor cu concentratorul fix. Poate fi considerat cel mai simplu captator cu concentrare, fiind alcãtuit din mai multe suprafeţe plane reflectante, astfel dispuse în raport cu captatorul, încât sã se obţinã un coeficient de concentrare C cât mai ridicat (de ex. C cuprins între 2 şi 6). Coeficientul (raportul) de concentrare este definit ca raportul dintre valoarea medie a densitãţii fluxului de radiaţii colectate de cãtre receptor şi densitatea fluxului de radiaţie care cade pe concentrator). Soluţia cu concentrator piramidal folosit la încãlzirea solarã a încãperilor constã din montarea pe pereţi , plafonul (2) şi pardoseala din interiorul unei încãperi, precum şi pe peretele basculant (4) din exterior, de panouri plane cu suprafaţa executatã din plastic aluminizat Mylar.

Elemente componente:

1. Captator plan alcãtuit din ţevi prin care circulã fluidul caloportor 2. Pardosela cu suprafaţa reflectantã 3. Perete cu suprafaţa reflectantã 4. Panou cu partea interioarã acoperitã cu suprafaţa reflectantã 5. Perete basculant cu suprafaţa interioarã reflectantã.

Toate suprafeţele reflectante, atât cele fixe, cât şi cea mobilã, sunt astfel orientate, încât radiaţiile solare care cad pe ele, sã poatã ajunge dupã câteva reflexii la captatorul plan 5 montat în pardosealã de exemplu: punct mobil-plafon-captator: plafon-perete-captator, pardosealã-plafon-perete-captator etc).

13

Captatorul plan este prevãzut cu canale prin care circulã fluidul purtãtor de cãldurã (aer, apã etc.). Cunoscând cã raportul de concentrare variazã între 2 şi 6, iar factorul energetic de reflexie ia valori în jur de 0,8 se poate conta pe o reducere a suprafeţei captatorului de 1,6 - 4,8 ori.

Tipul de concentrator piramidal, în raport cu celelalte captatoare cu concentrare, prezintã avantajul cã poate colecta pe lângã radiaţiile directe şi o bunã parte din radiaţiile difuze, mãrind astfel durata de utilizare a lui în timpul unei zile (în special în zilele cu nebulozitate).

Captatorul cu concentrator cilindro-parabolic din figura urmãtoare se compune din douã elemente principale:

suprafaţa de recepţie 1 executatã dintr-o oglindã cilindro-parabolicã şi receptorul 2 de radiaţie concentratã, montat în focar.

Elemente componente:

1. oglinda cilindro-parabolicã 2. receptor 3. intrare fluid purtãtor de cãldurã 4. ieşire fluid purtãor de cãldurã 5. suport.

14

Mişcãrile captatorului sau ale elementelor lui componente se pot realiza automat sau manual, continuu sau discontinuu, toate acestea depinzând de scopul şi locul unde este utilizat. Astfel, la instalaţiile solare unde parametrii fluidului de lucru trebuie sã fie cuprinşi în limite strânse, se impune asigurarea automatã a mişcãrilor captatorului dupã Soare, iar în celelalte cazuri, ajustãrile poziţiei acestuia se pot face manual sau cu ajutorul unui motor, la intervale mai mari care pot merge la o rotaţie pe lunã, anotimp sau chiar an.

La noi în ţarã, cu proiectarea, executarea şi testarea primelor captatoare cilindro-parabolice s-a ocupat un colectiv de cadre didactice de la catedra de Termotehnica şi Maşini Termice a Institutului Politehnic Bucureşti. Au fost studiate mai multe variante, diferenţiate dupã suprafaţa concentratoare. Oglinda cilindro-parabolica este executatã din plãci de aluminiu, iar receptorii dintr-un registru de ţevi de cupru prin care circulã ca fluid termic apa. Din mãsurãtorile efectuate pe stand s-au obţinut temperaturi ale apei de 200oC. Alte douã tipuri de captatoare cilindro-parabolice au fost studiate, proiectate şi executate de Institutul de Cercetare ştiinţificã şi Inginerie Tehnologicã pentru Industria Electrotehnicã.

Captator cu concentrator cilindro-parabolicexecutat de

Institutul de Cercetare stiintifica si Inginerie Tehnologica

a). varianta cu receptorul montat in exterior

concentrator; receptor; suport metalic; geam

15

b). varianta cu receptorul montat in interior

concentrator; receptor; suport metalic; geam

Tipul A (fig. a) are suprafaţa captatoare de 5 m2 (4 m deschidere şi 1,25 m lungime) cu receptorul montat in exterior de focar.

Tipul B (fig. b) are o suprafata de captare de; 2 m2 (1 m deschidere si 2 m lungime), cu receptorul montat in interiorul acesteia.

În studiul captatoarelor cilindro-parabolice, elementul esenţial îl constituie randamentul de captare.Randamentul unui astfel de captator cilindro-parabolice poate fi exprimat ca fiind produsul dintre randamentul concentratorului şi randamentul receptorului.

În ceea ce priveşte randamentul concentratorului, acesta mai este afectat şi de alţi factori ca :

reflectivitatea oglinzii, precizia macro şi microgeometricã a oglinzii, umbrirea oglinzii şi neiluminarea întregii suprafeţe a receptorului.

De asemenea, şi randamentul receptorului depinde de pierderile de cãldurã care au loc prin radiaţie, convecţie şi conducţie.

Acumularea energiei solare.Consideraţii generale

Datoritã mişcãrii Pamântului şi datoritã unor factori meteorologici, energia solarã la nivelul scoarţei terestre este o sursã energeticã dependentã de timp. în general, necesitãţile de energie pentru cele mai multe domenii de aplicaţii sunt de asemenea dependente de timp, însã într-o manierã diferitã faţã de modul în care are loc furnizarea energiei solare. În consecinţã, dacã se urmãreşte ca anumite necesitãţi de energie sã fie asigurate folosind

16

energia solarã, este necesar ca instalaţiile solare respective sã fie prevãzute cu elemente corespunzãtoare de stocare (acumulare) a energiei.

Problema stocãrii energiei trebuie analizatã privind instalaţia termo-energeticã ca un sistem compus din urmãtoarele elemente principale:

captatorul de energie solarã, unitatea de stocare a energiei, aparatura de conversie a energiei, instalaţia consumatoare de energie, consumatorii auxiliari de energie,

sistemul de automatizare si control

Caracteristicile şi randamentul fiecãruia dintre aceste elemente sunt legate de cele ale celorlalte elemente componente din instalaţie. Astfel, deoarece randamentul captatoarelor solare depinde de temperaturã, aceasta atrage dupã sine faptul cã randamentul întregului sistem va fi dependent de temperaturã. De exemplu, într-o instalaţie termoenergeticã solarã, dacã se foloseşte un sistem de stocare a energiei termice care este caracterizat printr-o cãdere mare de temperaturã între intrarea şi ieşirea fluidului purtãtor de cãldurã, aceasta va conduce la necesitatea unei temperaturi ridicate în captator şi deci la un randament scãzut al captatorului; de asemenea, va conduce la o temperaturã scazutã a sursei calde a maşinii termice şi în consecinţã la un randament scãzut al acesteia.

17

Orice sistem de stocare trebuie sã aibã o anumitã capacitate de stocare a energiei solare. Capacitatea optimã de stocare a energiei solare dintr-o anumitã instalaţie depinde de mai mulţi factori ca:

disponibilitatea în timp a radiaţiei solare în locul respectiv; natura sarcinii energetice a instalaţiei; modul în care este furnizatã eventuala energie auxiliarã; anumite criterii economice care determinã ponderea din sarcina totalã

anualã care trebuie acoperitã cu energie solarã, şi implicit ponderea sursei de energie auxiliarã.

Stocarea energiei solare se poate face în diverse moduri, de exemplu sub formã de:

caldurã sensibilã a unui mediu solid sau lichid; caldurã latentã de schimbare de faza a unor sisteme chimice; energie chimicã a produselor rezultate dintr-o reacţie chimicã

reversibilã.

Dacã energia solarã este transformatã în energie mecanicã, aceasta poate fi transformatã în energie potenţialã, şi stocatã sub formã de energie potenţialã a unui fluid (de exemplu, prin pomparea apei din aval în amontele unui baraj de acumulare).

Alegerea modului de stocare a energiei solare depinde de natura procesului care se urmãreşte în instalaţia solarã. De exemplu, pentru încãlzirea apei este practicã folosirea stocãrii energiei solare prin caldura sensibilã a apei. Dacã se folosesc captatoare solare cu încãlzirea aerului se poate utiliza pentru stocarea energiei solare cãldura sensibilã a unui pat de pietre în schimbãtoare de cãldurã de tip regenerativ. Dacã în instalaţia solarã se folosesc celule fotovoltaice sau fotochimice, cea mai indicatã formã de stocare a energiei este, în acest caz, energia chimicã.

Proiectantul unei instalaţii termoenergetice solare are la dispozitie diverse alternative în ceea ce priveşte locul de plasare a unitãţii de stocare a energiei în ansamblul instalaţiei. Spre exemplu în figura urmãtoare se considerã o instalaţie în care o masinã termicã transformã energia solarã în energie electricã. în acest caz energia se poate stoca fie sub formã de energie termicã, într-o unitate plasatã între captatorul solar şi masina termicã, fie sub formã de energie mecanicã într-o unitate de stocare plasatã între masina termicã şi generatorul electric, sau, în fine, sub formã de energie chimicã în

18

baterii de acumulatoare electrice plasate între generatorul electric şi consumatorul de energie electricã.

Cele trei alternative de plasare a unitaţii de stocare a energiei nu sunt echivalente în ceea ce priveşte:

1. capacitatea de stocare necesarã, 2. costul instalaţiei 3. efectele soluţiei adoptate asupra proiectãrii instalaţiei în ansamblu şi

asupra performanţelor acesteia.

De exemplu, capacitatea necesarã a unitãţii de stocare a energiei plasate în poziţia B este mai micã decât cea necesarã în poziţia A într-un raport aproximativ egal cu randamentul convertizorului de energie. Astfel, capacitatea sistemului de stocare plasat în B trebuie sã fie de 15% din capacitatea lui A dacã procesul de conversie a energiei se desfãşoarã cu un randament de 15%. Stocarea energiei termice în poziţia A prezintã avantajul cã, convertizorul de energie poate fi proiectat pentru o funcţionare aproape continuã, conducând la un randament al conversiei mai bun şi la un factor de folosire a convertizorului mai ridicat, ceea ce conduce la scãderea capacitãţii convertizorului prin eliminarea necesitãţii de funcţionare a acestuia în regim de vârf de sarcinã, corespunzator energiei solare incidente. Alegerea plasãrii unitãţii de stocare între A şi B poate avea efecte foarte diferite asupra temperaturii de lucru a captatorului, asupra dimensiunilor captatorului şi, în final, asupra costului instalaţiei. În instalaţiile hibride aceste argumente pot fi substanţial modificate,în funcţie de cantitatea de energie auxiliarã folositã.

Concluzii privind sistemele de stocare a energiei solare

19

În concluzie, caracteristicile pe care trebuie sã le îndeplineascã o unitate de stocare a energiei solare pot fi rezumate astfel (în funcţie de domeniul de aplicaţie):

unitatea de stocare trebuie sã fie capabilã sã primeascã energia cu maximum de vitezã farã forţe termodinamice excesive (de ex. diferenţe de temperaturã; diferenţe de presiune; diferenţe de potenţial etc.);

unitatea de stocare trebuie sã livreze energia cu maximum de vitezã (dependentã de scopul instalaţiei) farã a utiliza forţe termodinamice excesive;

unitatea de stocare trebuie sã aibã pierderi mici (o caracteristicã de autodescãrcare scazutã);

unitatea de stocare a energiei trebuie sã fie capabilã sã suporte un numãr ridicat de cicluri încãrcare-descãrcare, farã diminuarea substanţialã a capacitãţii sale;

unitatea de stocare trebuie sã fie ieftinã.

Problema stocãrii energiei solare nu poate fi separatã complet de aceea a utilizãrii în sistem a unei surse de energie auxiliarã. Analiza performanţelor sistemelor de stocare, în corelaţie cu analiza costurilor echipamentului solar de captare şi echipamentului auxiliar (care furnizeazã energie convenţionalã), trebuie folositã pentru determinarea dimensiunilor optime ale captatorului şi ale unitãţii de stocare pentru fiecare aplicaţie particularã, în parte.

20