ENERGIA SOLARA

Ionescu Gargalic Victor

Universul care ne inconjoara - materia in miscare exista sub doua forme:de substanta si de camp de forte. Cea mai generala definitie prezinta energia ca masura a miscarii materiei. Enegia exprima capacitatea unui sistem fizic de a efectua lucru mecanic atunci cand sufera o transformare dintr-o stare in alta stare. Termenul energie, de origine greaca, a fost folosit prima data de Kepler in sensul de "putere emanata de corpuri". In sensul actual energia este o marime care depinde de starea fizica instantanee a sistemului si care, daca sistemul nu interactioneaza cu mediul exterior, ramane constanta. Energia solara este energia radianta produsa pe suprafata Soarelui ca rezultat al reactiilor nucleare de fuziune. Ea este transportata spre Pamant in particule numite fotoni, care interactioneaza cu atmosfera si suprafata Terrei. Intensitatea radiatiei solare in stratul atmosferei cel mai indepartat de Pamant atunci cand planeta se afla la distanta medie fata de Soare, se numeste constanta solara si are valoarea de 2 calorii/min/cm patrat. Intensitatea nu este constanta ci variaza cu aproximativ 0, 2 % la fiecare 30 de ani. Ea variaza in functie de zi, de ora si de punctul de colectare (captare) a energiei. Mai mult, cantitatea de energie care poate fi captata depinde de directia in care este orientat dispozitivul care indeplineste aceasta functie. Primele utilizări ale energiei solare, prin captare, sunt legate de antichitate. Este suficient să amintim că „efectul de seră” a fost descoperit şi folosit de vechii egipteni, că Heron din Alexandria a construit un dispozitiv pentru pompare a apei care folosea ca sursă primară energia solară, şi că celebra incendiere a flotei romane de către Arhimede din Syracuza a fost subiect de discuţii şi comentarii de-a lungul timpului, întrucât se spune că a utilizat oglinzi pentru a reflecta razele Soarelui spre aceste corăbii cu pânze. Dar nu numai însorita coastă a Mediteranei a fost sediul unor realizări interesante în domeniul solar, ci şi America vechilor civilizaţii a avut construcţii remarcabile bazate pe cunoaşterea experimentală a fizicii radiaţiei solare. Unul din exemplele cele mai interesante îl reprezintă „castelul lui Montezuma”, datat din jurul anului 700 e.n. şi aflat în actuala Arizona. Această construcţie era „climatizată” vara şi iarna, fiind ridicată sub o imensă boltă de stâncă orientală spre sud. Zidul masiv de stâncă o umbrea vara – când Soarele are înălţime mare pe boltă –, iar iarna, înmagazinând căldura, o încălzea prin radiaţie şi permitea şi razele solare să ajungă la zidurile ei, căci înălţimea Soarelui pe cer este mult mai mică în acest anotimp. Se pune problema, pe bună dreptate, de ce nu s-a folosit mai multă energie solară, de ce pe parcursul istoriei sale omenirea s-a îndreptat de preferinţă spre alte surse de energie – lemn, apă, vânt – şi de ce astăzi, în epoca tehnologică, mai există destule reticenţe, generate de dificultăţile de a o folosi? Motivul principal, în toate cazurile, îl constituie randamentul scăzut al tuturor instalaţiilor solare şi preţul lor de cost, relativ ridicat. Puterea furnizată de Soare depinde de felul activităţii Soarelui însuşi, de latitudinea geografică, de altitudinea locului, de nebulozitate, de umiditatea atmosferică, de numărul orelor de insolaţie, de poluarea atmosferică, într-un cuvânt, de un ansamblu de condiţii geografice şi meteorologice, care fie că nu pot fi schimbate, fie că scapă controlului nostru. În plus, energia solară este difuză şi discontinuă – zi, noapte, vară, iarnă – şi extrem de capricioasă, aşa că detractorii ei au destule argumente convingătoare pentru a combate utilizarea ei. Dar, nu putem să uităm faptul că are o serie de calităţi remarcabile: - este gratuită ca formă de energie primară, - se găseşte în cantităţi nelimitate, - nu depinde de parteneri străini, - este „curată”, adică este una din puţinele forme de energie practic nepoluată. Aceste însuşiri, ale energiei solare, au făcut ca omenirea, confruntată cu o criză energică serioasă, să se întoarcă la sursele primare, să reconsidere utilizările posibile şi rentabile ale energiei solare. Vom încerca în cele ce urmează să facem unele clasificări în legătură cu folosirea energiei solare. Soarele este o stea, de mărime mijlocie, situată într-unul din braţele galaxiei spirale, căreia îi aparţinem şi care este denumită Calea lactee. Se apreciază că în ritmul acesta de consum al combustibilului, Soarele îşi va epuiza principalele resurse peste cca 5-10 miliarde de ani, după care, conform evoluţiei generale a stelelor, se va produce o contracţie gravifică, aducându-se în centrul stelei hidrogenul din toate părţile marginale, temperatura în centru va creşte, fuziunea hidrogenului în heliu va continua. În aceste condiţii, regiunile de margine se dilată însă, steaua devine mai rece spre exterior, transformându-se într-un „gigant roşu”. În stadiul următor, când temperatura nucleului stelei atinge valori de ordinul 5·109 K, echilibrul devine delicat şi se poate produce o explozie a stelei, explozie care duce la apariţia de supernove (stele foarte strălucitoare şi din care

se expulzează în spaţiu nebulozităţi ce cuprind distanţe enorme şi se propagă cu viteze foarte mari). Energia radiată de o supernovă în momentul de maxim al activităţii sale este egală cu energia radiată de întreaga noastră galaxie (1035 kWh). Soarele are raza de 6,95·105 km, distanţa sa medie faţă de Pământ este de 1,4945·108 km, raza Pământului fiind de 6,3·103 Km; densitatea medie de 1,4·103 kg/m3. Soarelui îi revine un volum de 1,42·1018 km3. Activitatea solară prezintă maxime şi minime cu un ciclu de 11,2 ani tereştri, clima de pe Terra resimţindu-se corespunzător. Temperatura la suprafaţa Soarelui este considerată de cca 5.762 K. Soarele este format din nucleu, fotosferă, cromosferă şi coroană solară. Erupţiile din cromosferă se numesc spicule, cele din coroană se numesc protuberanţe solare. Dacă la suprafaţa Soarelui se formează zone mai reci, ele se văd sub formă de „pete solare”, dacă ajung zone mai calde, apar sub formă luminoasă şi se numesc „facule”. Ca urmare a reacţiilor de fuziune termonucleară, Soarele revarsă în spaţiul cosmic o energie cu puterea medie de 3,7·1026 J/s, din care, în mod evident, pe Pământ ajunge o cantitate infimă. Din energia trimisă spre Terra şi care se apreciază în medie la valoarea de 7,5·1017 kWh/an, cca 50% este reflectată în spaţiu de atmosfera pământească, 15% este reflectată de suprafaţa Pământului, iar 35% este reţinută de Terra. Din aceste 35%, partea de cca 30% este reţinută de apă şi vegetaţie, iar 5% este absorbită de solul arid . Partea care ne interesează de 35% reprezintă o putere de 2,625·1017 kWh/an.