Vrei o viaţă mai uşoară?

Elevi:Aldulea-Pivaru FlaviaSzocs Denisa MihaelaPenciu Alexandru

MădălinPripiş Cătălina FrancescaCotan LuanaCorbean Bogdan

Profesori coordonatori: Doka CiprianSabău Mirela

Colegiul Naţional Unirea Braşov

1

Lasă-te răsfăţat de lumină!

Green and smart

Etapele proiectului1. Constituirea echipei de lucru

2.Identificarea provocării şi analiza problemei alese

3. Analiza consumului energetic actual

4. Inventarierea consumatorilor

5. Modalităţi de diminuarea a consumului de energie

6. Elementele componente fotovoltaice

7. Evaluarea suprafeţelor disponibile pentru panourile fotovoltaice

8. Estimarea energiei electrice produsă cu un sistem fotovoltaic

9. Concluzii

10. Bibliografie

2

Green and smart

Este o echipă formată din șase elevi din clasa a IX-a, cu spirit de observație, inițiativă, creativi și nu în ultimul rând cu multă îndemânare.

3

În urma unei discuții purtată cu doamna director a Colegiului Naţional Unirea, prof. Hurghiş Gabriela am aflat că, corpul A urmează să intre în renovare. Reabilitarea are ca obiective:- Recondiționarea tâmplăriei pentru diminuarea pierderilor de căldură;- Refacerea instalației electrice;- Schimbarea parchetului și a lambriurilor din sălile de clasă.

Se întrezăreşte o rază de ... speranţă!

4

Ne-am propus să ne aducem contribuția la găsirea unor soluții care să reducă cheltuielile de întreținere și care să fie implementate cu ocazia deschiderii șantierului, fără să perturbăm suplimentar programul de funcționare al școlii.

Am luat în discuție

I. Modalități de diminuare a consumului

actual

II. Obținerea de energie electrică folosind

resurse alternative:- minicentrale eoliene;- panouri fotovoltaice.

Ţinând cont de poziționarea Colegiului și de specificul zonei lipsită de vânturi puternice, ne-am limitat la analiza implementării unui sistem fotovoltaic pe acoperișul clădirii .

Cheltuieşte inteligent!

5

E posibil ca visul să devină realitate?

La această întrebare ne-au răspuns domnii profesori de la Universitatea Transilvania Brașov, în cadrul vizitelor de documentare pe care le-am făcut la:

Căsuța solară a Universităţii Transilvania Brașov

Institutul de Cercetare al Universităţii Transilvania Brașov

6

Green and smart - diviziunea munciiA. Materializarea propunerii la scară mică

B. Analiza fezabilității

soluției propuse:

- Analiza consumului energetic actual- Inventarierea consumatorilor- Modalităţi de diminuarea a consumului de energie- Elementele componente

fotovoltaice- Evaluarea suprafetelor disponibile pentru panourile fotovoltaice- Estimarea energiei electrice produsă cu un sistem fotovoltaic

7

Luna Energie electricaKWh LEI

Ianuarie 13143 9076,76Februarie 13037 7906,03Martie 10824 8880,89Aprilie 10950 6638,18Mai 9047 5558,83Iunie 8829 5354,99Iulie 6914 4180,96August 5908 3498,41Septembrie 4770 2823,4Octombrie 6.517 3871,27Noiembrie 9743 5415,41Decembrie 10530 5960,19Total 110212 69165,32

An

aliz

a c

on

sum

ulu

i de

ene

rgie

ele

ctri

că a

Col

egi

ulu

i N

aţio

nal

Un

irea

în a

nu

l 20

14 (

corp

A ş

i B)

8

Inventarierea consumatorilor şi necesarul lunar de energie ianuarie 2015

9

Coloanele evidenţiate cu galben reprezintă zile nelucrătoare. Sâmbăta, echipamentele aflate în spaţiul închiriat librăriei înregistrează consum energetic

10

Inventarierea consumatorilor şi necesarul lunar de energie februarie 2015

Coloanele evidenţiate cu albastru reprezintă vacanţă şcolară.

11

Calculul necesarului lunar de energie pentru perioada ianuarie – aprilie 2015

Soluţii simple dar eficiente

Pentru diminuarea consumului actual de energie electrică propunem:

- Înlocuirea tuburilor cu incandescență de 40W cu becuri economice cu puterea de 12W

- Montarea de senzori de mișcare pentru corpurile de iluminat pe holuri

- Schimbarea reţelei de calculatoare

12

Geometria Pământ-Soare

Pământul realizează simultan două mișcări de rotație:•în jurul Soarelui•în jurul propriei axe

Razele de lumină sunt incidente pe suprafața Pământului sub unghiuri diferite.

13

Durata zilei

Axa Pământului este inclinată față de perpendiculara pe planul de rotație. Efectul acestei înclinații constă în iradierea diferită a emisferelor Pământului și este percepută la nivelul suprafeței terestre prin:•apariția perioadelor sezoniere •variația duratei zi-lumină pe parcursul unui an

14

Ziua cea mai lungă este cea de 22 iunie, când durata zilei va fi de 15h 45 min în centrul ţării.

Ziua cea mai scurtă este cea de 22 decembrie, când durata zilei va fi de 8h 50 min în centrul ţării.

Componentele radiaţiei solare şi modelarea acestora

Radiația solară reprezintă un flux de energie electromagnetică provenită de la Soare. În spațiul cosmic radiația solară nu suferă pierderi semnificative dar o dată cu traversarea stratului atmosferic au loc următoarele pierderi de radiație:

• 29% din radiație este reflectată în spațiul cosmic

• 20% din radiaţie este absorbită în atmosferă, devenind parțial radiaţie difuză(D)

• 48% rămâne radiaţie directă (B), receptată la nivelul scoarţei terestre.

• La nivelul solului mai intervine o componentă (Albedo), generată de reflexia radiaţiei directe pe diverse suprafeţe, dar aceasta este de cele mai multe ori neglijată.

15

Elementele unui panou fotovoltaic

Geam (de cele mai multe ori geam securizat monostrat) de protecție pe fața expusă la soare

Strat transparent din material plastic (etilen vinil acetat, EVA sau cauciuc siliconic) în care se fixează celulele solare

Celule solare monocristaline sau policristaline conectate între ele prin benzi de cositor

16

Caserarea feței posterioare a panoului cu o folie stratificată din material plastic rezistent la intemperii

Priză de conectare prevăzută cu diodă de protecție respectiv diodă de scurtcircuitare și racord

Ramă din profil de aluminiu pentru protejarea geamului la transport, manipulare și montare, pentru fixare și rigidizarea legăturii 17

Cum funcţionează un panou fotovoltaic?

– O celulă solară constă din două sau mai multe straturi de material semiconductor, cel mai întâlnit fiind siliciul. Aceste straturi au o grosime cuprinsă între 0,001 și 0,2 mm și sunt dopate cu anumite elemente chimice pentru a forma joncțiuni „p” și „n”. Această structură e similară cu a unei diode. Când stratul de siliciu este expus la lumină se va produce o „agitație” a electronilor din material și va fi generat un curent electric.

– Celulele, numite și celule fotovoltaice, au de obicei o suprafață foarte mică și curentul generat de o singură celulă este mic dar combinații serie, paralel ale acestor celule pot produce curenți suficient de mari pentru a putea fi utilizați în practică. Pentru aceasta, celulele sunt încapsulate în panouri care le oferă rezistență mecanică și la intemperii.

18

Celula fotovoltaică

19

Razele soarelui Sticlă

Silicon

GoluriElectroni

Contact metalic

Evaluarea suprafeţelor disponibile pentru panourile fotovoltaice

20

Corpul A

Stabilirea numărului de PV-uri care pot fi montate pe fiecare suprafaţă identificată

21Captură de imagine din AUTOCAD pentru

suprafeţele 1, 2, 3, 4, 5, 6 şi 7

Stabilirea numărului de PV-uri care pot fi montate pe fiecare suprafaţă identificată

22Captură de imagine din AUTOCAD pentru

suprafeţele 8,9,10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 şi 20

Calculul energiei electrice produsă anual de PV-uri pe suprafeţele identificate

23

Optimizarea consumului de energie electrică prin înlocuirea tuburilor cu incadescenţă de 40W cu becuri

economice de 12W ianuarie – aprilie 2015

24

25

1 2 3 40

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

6372.483

5061.019

6635.194

5199.4925061.825

4001.261

5264.27

4291.068

Consumul energetic al Corpului A ianuarie - aprilie 2015

inregistrat

optimizat

luna

Nec

esar

lu

nar

(kW

k/lu

na)

Dimensionarea necesarului de PV-uri pentru situaţia optimizată

Suprafaţa încadrată reprezintă varianta optimă ( ţinând cont de orientarea suprafeţelor) şi calculul amortizării PV-urilor pentru investiţia propusă, cu un necesar de 347 PV-uri şi o putere instalată a invertorului 86,75kW

26

Principalele dispozitive componente pentru sistemul propus

• panouri fotovoltaice cu o putere instalată de 250W/panou

• trei invertoare cu puterea de 30kW fiecare, însumând o putere totală de 90kW

• contor de energie bidirecţional care înregistrează atât consumul cât şi producţia de energie, deoarece nu ne propunem înmagazinarea energiei produse ci livrarea surplusului în Sistemul Național

• display Sunny Matrix  pentru monitorizarea energiei electrice produsă de sistemul fotovoltaic instalat

27

Sustenabilitatea proiectului este asigurată de:- Avantajul programului de funcționare (în periada de vară,

activitatea instituţiei este redusă şi energia produsă este

dirijată în Sistemul Naţional)- Costuri minime de întreţinere - Costul iniţial al sistemului poate fi achitat destul de repede; - Există formulare de stimulente economice publice, care fac aspectul economic

mult mai favorabil. - Amortizarea relativ scurtă a investiției (durata de viață a panourilor solare

este de 25 ani iar amortizarea calculată este de 4-5 ani)- Contextul favorabil generat de reparațiile programate pentru corpul A;- Disponibilitatea conducerii pentru implementarea de sisteme neconvenționale

privind producerea energiei electrice;- Suport logistic din partea Universității Transilvania Brașov, pentru

argumentarea fiabilității investiției;

28

Concluzii

29

Doar prin folosirea de resurse inepuizabile şi nepoluante de energie putem păstra planeta curată.

Avem convingerea că proiectul nostru va determina ca autorităţile locale să implementeze, la nivelul corpului A, soluţia propusă de noi.

Bibliografie

1. Vătășescu, M., Moldovan, M., Burduhos B., Sisteme Articulate pentru Orientare Solară, Editura Universității Transilvania din Brașov, Brașov, România, ISBN: 978-973-598-946-0, 2011

2. http://www.ostwest.ro/energii-regenerabile.php3. http://www.capital.ro/cata-energie-regenerabila-poate-produce-

transelectrica.html4. http://www.financiarul.ro/2013/02/015. http://www.mangalianews.ro/2014/10/246. http://www.abtehnic.ro/7. http://www.instalnews.ro/raport-intermediar-privind-energia-din-

surse-regenerabile.html

30