UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREŞTI

FACULTATEA DE ŞTIINŢA ŞI INGINERIA MATERIALELOR

LUCRARE DE DIZERTAŢIE

Studiu privind modalităţile de înlocuire a surselor de energie actuale pe bază de hidrocarburi cu surse de energie neconvenţionale

Profesor coordonator:

Conf. dr. ing.

CONSTANTINESCU Dan

Masterant:

HĂRCĂU Răzvan

BUCUREŞTI 2011,

UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCUREŞTI

FACULTATEA ŞTIINŢA ŞI INGINERIA MATERIALELOR

CATEDRA PROCESAREA MATERIALELOR ŞI ECOMETALURGIE

Aprobat Şef Catedră,

Prof. Dr. Ing. Florin Ştefănescu

TEMA LUCRĂRII DE DISERTAŢIE

a absolventului Hărcău Răzvan

Studiu privind modalităţile de înlocuire a surselor de energie actuale pe bază de hidrocarburi cu surse de energie neconvenţionale

Conţinutul proiectului:

Tehnologia curentului fotovoltaic Istoria fotovoltaicelor

Funcţionarea celulelor fotovoltaice

Fabricarea celulelor fotovoltaice

Celulele fotovoltaice, modulele si matrice

Funcţionarea sistemelor fotovoltaice

Componentele sistemelor fotovoltaice

Tipuri de sisteme fotovoltaice

Sisteme fotovoltaice de sine stătătoare

Fotovoltaice subţiri de film (thin-film)

Tipuri de celule fotovoltaice

Instalarea sistemelor fotovoltaice pe clădirii

Despre energia solara si metode de captare cu panouri solare Nivelul de insolaţie Harta solară a României Necesarul energetic Dimensionarea centralei termice solare Energie solară pentru  casa de vacanţă Sistem telecom izolat alimentat cu energie  solară Sistem de pompare apă alimentat cu energie  solară

Sistem electric de rezervă pentru locuinţe individuale Încălzire habitat cu sisteme solare Dimensionarea sistemelor solare pentru piscine Energie electrică cu sistem fotovoltaic Energie electrică în sistemele de irigaţii

Absolvent, Coordonator proiect,

Hărcău Răzvan Conf. Dr. Ing. Constantinescu Dan

CUPRINS

Partea 1: STUDIU DOCUMENTAR

1.1 Tehnologia curentului fotovoltaic1.2 Istoria fotovoltaicelor

1.3 Funcţionarea celulelor fotovoltaice

1.4 Fabricarea celulelor fotovoltaice

1.5 Celulele fotovoltaice, modulele si matrice

1.6 Funcţionarea sistemelor fotovoltaice

1.7 Componentele sistemelor fotovoltaice

1.8 Tipuri de sisteme fotovoltaice

1.9 Sisteme fotovoltaice de sine stătătoare

1.10 Fotovoltaice subţiri de film (thin-film)

1.11 Tipuri de celule fotovoltaice

1.12 Instalarea sistemelor fotovoltaice pe clădirii

Partea 2: APLICAŢII

2.1 Despre energia solară si metode de captare cu panouri solare

2.2 Nivelul de insolaţie2.3 Harta solară a României2.4 Necesarul energetic2.5 Dimensionarea centralei termice solare2.6 Energie solară pentru  casa de vacanţă2.7 Sistem telecom izolat alimentat cu energie  solară2.8 Sistem de pompare apă alimentat cu energie  solară2.9 Sistem electric de rezervă pentru locuinţe individuale2.10 Incalzire habitat cu sisteme solare2.11 Dimensionarea sistemelor solare pentru piscine2.12 Energie electrică cu sistem fotovoltaic2.13 Energie electrică in sistemele de irigaţii

Partea I: STUDIU DOCUMENTAR

Noţiuni generale despre panouri fotovoltaice

1.1 Tehnologia curentului fotovoltaic

Fotovoltaicele (FV) sau celulele solare, cum sunt adesea numite, sunt dispozitive semiconductoare care transformă lumina solară in curent electric. Grupele de fotovoltaice sunt configurate electric în module si matrice, care pot fi folosite la încărcarea bateriilor, funcţionarea motoarelor, şi pentru a alimenta sarcini electrice. Cu echipamentul adecvat de transformare a puterii, sistemele fotovoltaice pot produce curent alternativ (CA) care este compatibil cu orice aparat convenţional si operează în paralel si interconectat la grila de utilitate.

1.2 Istoria fotovoltaicelor

Primul fotovoltaic convenţional au fost produs în anii 1950, şi în întregime în anii 1960 unde au fost folosite pentru a produce curent electric pentru sateliţii ce orbitează în jurul Pământului. În anii 1970, modificările în manufacturare, performanţă şi calitatea modulelor fotovoltaice au ajutat la reducerea costurilor şi a deschis multe oportunităţi pentru alimentarea unor dispozitive terestre la distanţă, inclusiv încărcarea bateriilor pentru ajutorul navigării, semnalelor, echipamentelor de telecomunicaţie şi alte dispozitive reduse de putere. În anii 1980 fotovoltaicele au devenit o sursă de alimentare populară pentru dispozitivele consumatoare de curent, inclusiv calculatoare, ceasuri, radio, lanterne şi alte aparate cu mici încărcări de baterii. Urmând energetica din anii 1970, eforturi semnificative au fost făcute pentru a dezvoltă puterea sistemelor fotovoltaice pentru folosirea lor, atât în scopuri comerciale şi rezidenţiale de şine stătătoare, pentru alimentarea la distanţă, cât şi pentru dispozitivele utilitate-conectate. În aceeaşi perioadă, aplicaţii internaţionale pentru sistemele

fotovoltaice pentru a alimenta clinici de sănătate rurală, refrigerare, pompe de apa, telecomunicaţii şi gospodarii au crescut dramatic, rămâne o mare parte pe piaţă globală pentru produse fotovoltaice şi în prezent.

1.3 Funcţionarea celulelor fotovoltaice

O celulă fotovoltaica de silicon este compusă dintr-o foiţă subţire de silicon de tip N, deasupra unui strat gros de silicon de tip P. Un câmp electric este creat deasupra suprafeţei de sus a acelei celule unde cele două materiale intră în contact, numită juctia P-N. Când razele solare ajung la suprafaţa unei celule fotovoltaice, câmpul electric produce momentul şi direcţia la electronii stimulaţi de lumina, rezultând fluxul de curent când celulele solare sunt conectate la un încărcător electric.

Fig. 1. Principiul de funcţionare al celulelor fotovoltaice (sursa: solar.promacht.ro)

1 – strat de silicon (tip N)2 – celulă fotovoltaică3 – lumina solară4 – strat de silicon (tip P)5 – flux de curent continuu6 – încărcător electric

Indiferent de mărime, o bucată de celulă fotovoltaica de silicon produce în jur de 0,5 panala� �0,6 volţi în conformitate cu un circuit deschis, fără condiţii de încărcare. Curentul (şi puterea) de ieşire a unei celule fotovoltaice depinde de eficientă şi mărimea suprafeţei, şi este proporţională cu intensitatea soarelui care ajunge la suprafaţa celulei. De exemplu, în condiţiile în care lumina solară este foarte puternică, o celulă fotovoltaica comercială cu o suprafaţa de 160 cm2 (~ 25 in2 ) va produce în jur de 2 waţi, la putere maximă. Dacă intensitatea razelor solare au fost la 40 % din putere, aceea celulă va produce în jur de 0,8 waţi (solar.promacht.ro).

1.4 Fabricarea celulelor fotovoltaice

Procesul de fabricare convenţional singular şi policristalin al celulelor de silicon fotovoltaic începe foarte simplu, cu aplicarea semiconductorului în polisilicon aun material produs din� quart şi folosit mult în industria electronică. Polisiliconul este pe urmă încălzit până la temperatură de topire, şi sunt adăugate în polisiliconul topit bucăţi mici de bor pentru a creea un material semiconductor de tip P. Pe urmă blocuri de silicon sunt formate, de obicei folosind una din cele două metode: 1) formând un bloc pur de silicon cristalizat din graunte de cristal făcute din polisiliconul topit. 2) turnând polisiliconul topit într-un cazan, formând un material de silicon policristalin. Bucăţi individuale de wafere sunt feliate din blocurile de silicon folosind un fierăstrău de sârmă şi pe urmă sunt supuse gravurarii suprafeţei. După ce waferele sunt curăţate, ele sunt aşezate într-un cuptor de difuzie de fosfor, creând un strat subire de semiconductor de tip N în jurul întregii suprafeţei exterioare a celulei. Pe urmă, un înveliş antireflexiv este aplicat deasupra suprafeţei celulei, şi contactele electrice sunt imprimate deasupra suprafeţei celulei (negativ). Un material conductor de aluminiu este aşezat dedesubtul suprafetei fiecărei celule (pozitiv), reatribuindu-i proprietăţile de tip P a părţii de jos, deplasând stratul difuz de fosfor. Fiecare celulă este pe urmă verificată electric, sortată după curentul electric de ieşire, şi electric conectată la celelalte celule pentru a creea circuite de celule pentru asamblare în module fotovoltaice.

Fig. 2. Fabricarea celulelor fotovoltaice (sursa: solar.promacht.ro)

1 – contact verso 2 – strat pozitiv 3 – strat negativ 4 – antireflexive acoperite 5 – contact frontal

6 – lumina solară

1.5 Celulele fotovoltaice, modulele si matrice

Celulele fotovoltaice sunt conectate electric în circuite serie sau paralel, pentru a produce voltaj, curent şi nivele de putere mai mari. Modulele fotovoltaice constă în circuite fotovoltaice sigilate într-un mediu de protecţie laminat, şi sunt blocuri fundamentale construite din sisteme fotovoltaice. Panourile fotovoltaice includ una sau mai multe module fotovoltaice asamblate ca unităţi de domeniu instalabil. O matrice fotovoltaica este unitatea generatoare de putere completă, constând în orice număr de module şi panouri fotovoltaice.

Fig. 3. Module si matrice (sursa: solar.promacht.ro)

1 – celula2 – modul

Performanţă modulelor şi matricelor fotovoltaice sunt evaluate în general în conformitate cu curentul continuu maxim de ieşire (waţi) în Condiţii Standarde de Testare (CST). Condiţiile standarde de testare sunt definite de un modul (celulă) la o temperatura de operare de 250 C (77 F), şi nivelul incidentelor solare iradiere de 1000 W/mA² şi sub o masă de aer 1.5 spectare de distriburire. Din cauza că aceste condiţii nu sunt intodeauna tipice pentru cum operează modulele şi panourile fotovoltaice, performanţă actuală este de obicei cuprinsă între 85 – 90 % din eveluarea în condiţii standarde de testare (solar.promacht.ro). Astăzi modulele fotovoltaice sunt produse extrem de sigure cu şanse minime de eşec şi garanţie de funcţionare între 20 - 30 de ani. Cea mai mare parte din producători oferă garanţie de 20 sau mai mulţi ani pentru a păstra un procentaj ridicat din puterea de ieşire evaluată iniţial.

1.6 Funcţionarea sistemelor fotovoltaice

Sistemele fotovoltaice sunt ca şi restul sistemelor generatoare de electricitate, doar că echipamentul e diferit decât cel folosit în mod convenţional de alte sisteme generatoare electromecanice. Oricum, principiile de operare şi interferare cu alte sisteme electrice, rămân aceleaşi, şi sunt ghidate de un corp electric, coduri şi standarde bine stabilite. Deşi o matrice fotovoltaica produce putere când este expusă la lumina solară, un număr de alte componente sunt necesare să conducă, controleze, convertească, distribuie şi stocheze corect energia produsă de matrice. În funcţie de cerinţele de funcţionare şi operare a sistemului, este nevoie

de componente specifice, şi pot include componente majore cum ar fi un invertor de putere CC - CA (curent continuu – curent alternativ), controloare de sisteme şi baterii, surse de energie auxiliară şi câteodată încărcarea curentului specificat (aparatul). În plus, un asortiment de sistem de balansare (SDB) a obiectelor de metal, inclusiv cabluri, protecţie de văl şi deconectarea aparatelor şi alte echipamente de procesare a puterii.

Fig. 4. Functionarea sistemelor fotovoltaice (sursa: solar.promacht.ro)

1 – energie electrică utilizabilă2 – energie de distribuţie3 – energie folosită4 – energie de depozitare5 – energie de inversare si condiţionare6 – energie de conversie7 – sursă de energie

1.7 Componentele sistemelor fotovoltaice

Bateriile sunt adesea folosite în sistemele fotovoltaice cu scopul de a stoca energia produsă de matricele fotovoltaice pe intervalul zilei şi pentru a îl da mai departe la încărcările de electiritate, când este nevoie (pe timpul nopţii şi vreme de cer înnorat). Alte motive pentru care bateriile sunt folosite în sistemele fotovoltaice sunt pentru a opera matricele fotovoltaice aproape la puterea lor maximă, pentru a menţine încărcarea electrică la un voltaj stabilit şi pentru a livra castelelor de curent şi invertoare încărcarea electrică. În cele mai multe cazuri, o verificare de încărcare a batariei este folosită în aceste sisteme pentru a proteja bateria de supraîncărcare şi supradescărcare.

1.8 Tipuri de sisteme fotovoltaice

Sistemele de putere fotovoltaice sunt în general clasificate după resursele necesare de funcţionare şi operare, configuraţia componentelor şi în funcţie de cum este conectat echipamentul lor la alte surse de putere şi saricini electrice. Cele două principii de clasificare sunt conectate în reţea sau sisteme de utilitate interactive şi sisteme de şine stătătoare.

Sistemele fotovoltaice pot fi create pentru a produce serivicii de putere de curent continuu şi/sau curent alternativ, pot opera interconectat sau independente faţă de grilă de utilitate, şi pot fi conectate cu alte surse de energie şi sisteme de stocare de energie, sisteme fotovoltaice conectate în reţea. Sistemele fotovoltaice conectate în reţea sau utilitate-interactivă sunt proiectate să opereze în paralel cu/şi interconectate cu utilitatea de reţea electrică. Componenţa principală în sistemele fotovoltaice conectate în reţea este invertorul sau unitatea de putere condiţionată (UPC). Unitatea de putere condiţionată converteşte puterea din curentul continu produs de matricele fotovoltaice în putere de curent alternativ consistenţă cu voltajul şi resursele necesare de calitate a puterii grilei de utilitate, şi opreşte automat furnizarea cu energie a grilei de utilitate când această nu este alimentată. O interfaţă bidirecţională e făcută între sistemul fotovoltaic, circuitele de ieşire a curentului alternativ şi a reţelei electrice de utilitate, tipic la site-ul de pe panoul de distribuţie sau intrarea de serviciu. Această permite producţiei de putere de curent alternativ de sistemul fotovoltaic fie de pe site-ul încărcării electrice, fie înapoi la reţeaua de alimentare când ieşirea de la sistemul fotovoltaic este mai mare decât cel de încărcare cerut. Noaptea şi în timpul altor perioade când sarcinile electrice sunt mai mari decât ieşirea sistemului fotovoltaic, balansul de putere necesar de sarcinilie electrice este primit de la utilitatea electrică. Această măsură de siguranţă este necesară la toate sistemele fotovoltaice conectate în reţea şi asigură că sistemul fotovoltaic nu va continua să funcţioneze şi să realimenteze spre grilă de utilitate când grilă este în service sau reparare.

Fig. 5. Diagrama de conectare a celulelor fotovoltaice

FOTOVOLTAICE MATRICE

ÎNCĂRCARE CC

PANOU DE DISTRIBUŢIE

ENERGIE DE UTILITATE

INVERTOR / PUTERE CONDIŢIONATĂ

Colectoare solare cu tuburi vidate

Fiecare tub este format din două tuburi concentrice din sticlă borosilicat (foarte rezistentă şi cu un grad de transparenţa ridicat), sudate între ele. Spaţiul dintre cele două tuburi se videază, iar suprafaţa interioară a tubului interior se acoperă cu un strat selectiv cu excelente proprietăţi de absorbţie a radiaţiei solare (> 92 %) şi cu o reflexivitate foarte redusă (< 8 %). Căldura este transferată agentului termic în mod direct sau cu ajutorul unui tub termic. Vacuum-ul dintre cele două tuburi formează un fel de "termos" astfel încât - deşi temperatură în interior ajunge la 150° C - la exterior tubul este rece. Această proprietate face instalaţia utilizabilă şi în climate foarte reci, colectoarele cu tuburi fiind mai eficiente decât colectoarele solare clasice, plane. Există şi alte tipuri de colectoare cu tuburi vidate, iar dintre acestea amintim colectoarele cu tuburi vidate simple, cu plăcută de absorţie. Tuburile de acest tip au în interior o ţeava din cupru cu aripioare, care măresc suprafaţa de absorţie a ansamblului. Elementul de absorţie este acoperit cu un strat selectiv, iar ţeava din cupru este de fapt un tub termic care transfera căldură absorbită la capătul superior, unde este preluată de agentul termic sau de apa de încălzit. Acest tip de tuburi au inerţie termică mai redusă şi randament mai bun.

Panourile solare cu tuburi vidate sunt folosite la transformarea energiei solare în energie termică. Cu alte cuvinte la încălzirea apei. Spre deosebire de colectoarele plane, acestea au performanţe superioare cu aproximativ 30 %, durată de viaţă ceva mai lungă, dar şi un preţ mai mare. Principiul de funcţionare al acestor panouri solare este descris în următoarele rânduri. Fiecare element din instalaţie este format din două tuburi concentrice sudate între ele, construite din sticlă specială (foarte rezistentă şi transparenta). Partea dintre cele două tuburi este vidată, iar suprafaţa interioară a tubului din mijloc este acoperită cu o substanţă cu proprietăţi absorbante foarte bune. Apa nu intră în tuburi, iar transferul de energie termică se face prin intermediul unor schimbătoare de căldură: bare din cupru cu aripioare aflate în mijlocul tubului interior. Stratul vidat dintre tuburi împiedică pierderile de energie solară captată de tubul interior. Astfel, utilizarea acestui sistem este viabilă şi în caz de temperaturi foarte scăzute, spre deosebirile de colectoarele solare. În condiţii de temperaturi ridicate, diferenţele dintre ele două tipuri de panouri solare se diminuează, însă panourile cu tuburi vidate rămân superioare, agentul termic produs cu ajutorul acestora ridicându-se la temperaturi mai mari. Tuburile vidate au şi alte avantaje. Datorită profilului circular al tubului, razele solare cad perpendicular pe suprafaţa de absorbţie în orice moment al zilei, astfel randamentul panoului nu scade în funcţie de unghiul sub raza solară. În plus, în condiţiile în care unele dintre tuburi suferă daune sau se sparg, panoul poate funcţiona în continuare, dar cu un randament mai scăzut.

Panouri solare persurizate integrate sunt realizate pe bază celor mai noi şi moderne tehnologii, având cel mai eficient transfer energetic dintre toate echipamentele care produc gratuit energie termică. Pierderile termice ale panourilor solare cu tuburi vidate sunt practic inexistente, în schimb pot absorbi căldură şi în cazul radiaţiei solare difuze (soare acoperit de nori) sau la temperaturi foarte scăzute ale mediului extern. Acestea sunt compuse din:

tuburi de sticlă cu pereţi dubli, vidate de tip termos care au două funcţii importante: asigură izolaţia termică a sistemului şi măreşte puterea de absorbţie a radiaţiei termice solare;

pipe termice (tuburi superconductoare) din cupru, în interiorul cărora are loc fenomenul de trasformare a radiaţiei termice solare în energie termică;

rezervor (boiler) montat pe suportul metalic, deasupra tuburilor de sticlă vidate. Rezervorul rezită la presiunea de 6 atm.;

supapă de siguraţă la suprapresiune; suportul metalic.

Sunt uşor de utilizat în toate aplicaţiile tehnice care au la bază transformarea radiaţiei termice solare în energiei termică. Întregul sistem solar este presurizat, iar rezervorul are rolul schimbătorului de căldură, dar şi a rezervorului de stocare a apei calde. Rezervorul este izolat termic faţă de mediul exterior cu poliuretan cu grosimea de 55 – 60 mm. Rezervorul este realizat în două variante constructive:

interiorul rezervorului este realizat din oţel inoxidabil, iar exteriorul este vopsit; interiorul şi exteriorul sunt realizate din oţel inoxidabil.

Principiul de transfer a energiei termice de la tuburile superconductoare la agentul termic se face prin fenomenul de termosifonare în interiorul rezervorului. Extragerea agentului termic din rezervorul de stocare către zona de consum se realizează datorită presiunii de la reţeaua de apa rece existenţa. Sistemul de alimentare cu apa este de tip „deschis”, adică umplerea rezervorului este în partea de jos, iar golirea este în partea de sus, astfel apa rece de la reţea inlocuiste apa caldă în momentul consumului. Acest tip de panou solar nu consuma enegie electrică. Produc energie termică tot timpul anului, această energie putând fi utilizată pentru:

o producerea apei calde menajere atât pentru locuinţe cât şi pentru instituţii publice şi private;

o încălzirea locuinţelor, instituţiilor publice şi private; o încălzirea apei din piscină; o alte aplicaţii casnice şi industriale care folosesc agentul termic.

Avantajele utilizării panourilor solare presurizate integrate:

o este cel mai ieftin şi cel mai fiabil echipament pentru producerea apei calde menajere;

o energia termică pe care o produce este gratuită; o costuri zero cu combustibili convenţionali, minim 5/6  dintr-un an; o cel mai bun raport calitate – preţ de pe piaţă; o sistemul solar funcţionează în condiţii de eficienţă maximă şi la temperaturi

negative; o uşor de montat, uşor de întreţinut;

  

Panou solar presurizat integrat

Număr de tuburi

Diametrul tubului vidat

Lungimea tubului vidat

Suprafaţă utilă panou

solar

Capacitate boiler

Cod produs furnizor

Buc. mm mm m2 litri

SEE 15 P 15 58 1800 1,57 150

SEE 20 P 20 58 1800 2,09 200

SEE 24 P 24 58 1800 2,50 250

SEE 30 P 30 58 1800 3,13 300

 Tabelul 1. Tipuri de panouri solare persurizate integrat

Panouri solare nepersurizate integrate. Pierderile termice ale panourilor solare cu tuburi vidate sunt practic inexistente, în schimb pot absorbi căldura şi în cazul radiaţiei solare difuze (soare acoperit de nori). Acestea sunt compuse din: tuburi de sticlă cu pereţi dubli, vidate de tip termos care au două funcţii importante: asigură izolaţia termică a sistemului şi măreşte puterea de absorbţie a radiaţiei termice solare; rezervor (boiler) montat pe suportul metalic, deasupra tuburilor de sticlă vidate; flotor pentru umplerea automată a rezervorului; suportul metalic.

Funcţionează optim în perioada martie – noiembrie sau atunci când temperatura mediului exterior are valori mai mari de 4 – 5o C. Sunt uşor de utilizat în toate aplicaţiile tehnice care au la bază transformarea radiaţiei termice solare în energiei termică. Rezervorul si tuburile de sticlă vidate au rolul schimbătorului de căldură. Rezervorul de stocare a apei calde este izolat termic faţă de mediul exterior, cu poliuretan cu grosimea de 50 – 60 mm. Rezervorul este realizat în două variante constructive: interiorul rezervorului este realizat din otel inoxidabil, iar exteriorul este vopsit; interiorul şi exteriorul sunt realizate din oţel inoxidabil.

Principiul de transfer a energiei termice în masa agentului termic se face prin fenomenul de termosifonare în interiorul tuburilor de sticlă vidate şi a rezervorului de stocare. Extragerea agentului termic (apei calde) din rezervorul de stocare, către zona de consum, se realizează gravitaţional. Din această cauză, panourile solare nepersurizate integrate se montează întotdeauna deasupra locului de consum, de preferinţă pe acoperişul clădirii. În momentul consumului, umplerea rezervorului de stocare este controlată automat de către flotorul care este montat în partea superioară a rezervorului de stocare. Acest tip de panou nu consuma enegie electrică. Produc energie termică aproximativ 3/4 dintr-un an, această energie putând fi utilizată pentru: producerea apei calde menajere pentru locuinţe; alte aplicaţii casnice şi industriale care folosesc agentul termic.

Panou solar nepresurizat

integrat

Număr de

tuburi

Diametrul tubului vidat

Lungimea tubului vidat

Suprafaţă utilă panou

solar

Capacitate boiler

Cod produs furnizor

Buc. mm mm m2 litri

SEE 1547 NP 15 47 1500 1,03 90

SEE 1847 NP 18 47 1500 1,23 108

SEE 2047 NP 20 47 1500 1,36 120

SEE 2447 NP 24 47 1500 1,64 144

SEE 3047 NP 30 47 1500 2,05 180

SEE 1558 NP 15 58 1800 1,57 135

SEE 1858 NP 18 58 1800 1,88 162

SEE 2058 NP 20 58 1800 2,09 180

SEE 2458 NP 24 58 1800 2,50 216

SEE 3058 NP 30 58 1800 3,13 270

SEE 3258 NP 32 58 1800 3,35 288

SEE 3458 NP 34 58 1800 3,56 306

SEE 3658 NP 36 58 1800 3,76 324

Tabelul 2. Tipuri de panouri solare nepersurizate integrat

Panouri solare persurizate separate. Pierderile termice ale panourilor solare cu tuburi vidate sunt practic inexistente, în schimb pot absorbi căldura şi în cazul radiaţiei solare difuze (soare acoperit de nori), sau la temperaturi foarte scăzute ale mediului extern. Acestea sunt compuse din: tuburi de sticlă cu pereţi dubli, vidate, de tip termos care au două funcţii importante: asigură izolaţia termică a sistemului şi măreşte puterea de absorbţie a radiaţiei termice solare; pipe termice (tuburi superconductoare) din cupru, în interiorul cărora are loc fenomenul de trasformare a radiaţiei termice solare în energie termică; schimbător de căldură din cupru; suportul metalic.

Sunt uşor de utilizat în toate aplicaţiile tehnice care au la bază transformarea radiaţiei termice solare în energiei termică. Intregul sistem solar este presurizat, iar rezervorul de deasupra tuburilor vidate are rolul schimbătorului de căldură. Rezervorul este izolat termic faţă de mediul exterior, cu poliuretan cu grosimea de 55 – 60 mm. Rezervorul schimbător de căldură este realizat în două variante constructive: exteriorul este din aluminiu vopsit în culoarea negru; exteriorul este din aluminiu vopsit în culoarea silver (argintiu).

Principiul de transfer a energiei termice de la tuburile superconductoare la agentul termic se face prin fenomenul de termosifonare în interiorul rezervorului schimbător de căldură. Extragerea agentului termic  din rezervorul schimbător de căldură către zona de consum se face în mod automat, utilizând controler-ul electronic specializat, prin intermediul căruia se ţin sub control temperaturile în cadrul sistemului şi staţia de pompare. Acumularea agentului termic se face în boilere separate montate în zona de consum.

Panou solar presurizat

separat

Număr de

tuburi

Diametrul tubului vidat

Lungimea tubului vidat

Suprafaţă utilă panou

solar

Cod produs furnizor

Buc. mm mm m2

SEE 16 S 16 58 1800 1,67

SEE 20 S 20 58 1800 2,09

SEE 24 S 24 58 1800 2,50

SEE 30 S 30 58 1800 3,13

Tabelul 3. Tipuri de panouri solare persurizate separat

Boiler independent pentru apă caldă menajeră

Aceste boilere sunt construite pentru următoarele capacităţi: 150 l, 200 l, 250 l, 300 l, 400 l, 500 l. Boilerul independent are formă cilindrică, acesta poate fi amplasat pe pardoseală sau poate fi fixat pe perete, cu bride laterale. Sursa de încălzire a boilerului independent pentru sisteme solare este mixtă, cu serpentină schimbător şi rezistenţă electrică alimentată la o tensiune de 220 V. Puterea rezistenţei electrice este cuprinsă în intervalul 1,5 – 3 kw, funcţie de capacitate boilerului. Automatizarea între încălzirea electrică şi cea solară se realizează prin intermediul unui termostat. Boilerul cu încălzire mixtă este echipat cu protecţie anodică împotriva coroziunii (anod din aliaj de magneziu). Boilerul independent pentru sisteme solare este realizat în mai multe variante constructive:

1. după numărul de serpentine a schimbătorului încorporat: a. boiler cu o singură serpentină; b. boiler cu două serpentine.

2. după materialul din care este realizată cuva interioară: a. cuvă interioară din oţel inoxidabil; b. cuvă interioară din oţel emailat.

3. după materialiul din care este realizată cuva exterioară: a. cuvă exterioară din oţel vopsit de culoare albă; b. cuvă exterioară din oţel inoxidabil.

Izolaţia termică a boilerului este realizată cu spumă poliuretanică cu grosimea de 50 mm. Boilerul de capacitate mare poate fi utilizat ca rezervor de stocare a energiei termice atunci când se realizează o instalaţie termică complexă pentru încălzirea clădirilor şi apă caldă menajeră. Avantajele boilerului solar:

o produce apă caldă menajeră prin transferul termic realizat prin intermediul serpentinelor schimbător de căldură;

o stochează energia termică produsă de panourile solare, iar pierderile prin pereţi sunt foarte mici;

o puterea minimă a cazanului este cuprinsă în intervalul 30 – 70 kw; o cuva interioară şi serpentina schimbător de caldură lucrează sub presiune, 6

atm, respectiv 4 atm; o temperatura optimă de acumulare este de 65o C.

Sisteme solare complexe pentru apă caldă menajeră şi încălzirea clădirilor

  

Fig. 6. Sisteme solare pentru apă caldă menajeră

Sistemele solare complexe pot fi combinate cu instalaţia de încălzire centrală existentă. Aceste sisteme sunt de mai multe tipuri:

sisteme solare active directe sau sisteme solare în buclă deschisă (din punct de vedere a presiunii de lucru). Energia termică de la panourile solare este transferată direct în boilerul colector independent.

sisteme solare active indirecte sau sisteme solare în buclă închisă. Energia termică de la panourile solare este transferată indirect, prin intermediul unei serpentine schimbător de căldură în boilerul solar independent.

sisteme solare active indirecte sau sisteme în buclă închisă cu două sau trei serpentine schimbător de căldură montate în boiler.

Complexitatea acestor sisteme este dată de numărul de surse de căldură utilizate (cazane cu combustibil solid sau cu gaz, încălzire electrică) şi de aplicaţia pe care dorim să o realizăm cum ar fi: apă caldă menajeră, încălzirea prin pardoseală, încalzirea piscinei, apă caldă la duşul de la piscină. Sistemele solare complexe sunt compuse din următoarele elemente:

panouri solare. staţie de lucru compusă din: debitmetru, manometru, vas de expansiune, pompă de

recirculare, supapă de siguranţă, robinet. controler electronic pentru automatizarea sistemului solar şi controlul temperaturilor. boiler solar independent; robineţi de umplere – golire, fitinguri, tevi, supape de sens, aerisitoare; izolaţie din vată minerală caşerată cu folie de aluminiu.

La aceste sisteme nu sunt restricţii privind instalarea elementelor componente ale sistemului, deoarece sistemul lucrează sub presiune, iar transferul de căldură de la panoul solar la boiler se face de către pompă. Automatizarea sistemului solar este realizată prin intermediul controlerului electronic care analizează starea sistemului şi pune în funcţiune pompa atunci când există o diferenţă de temperatură mai mare de 8o C (valoarea optimă propusă de constructor) între temperatura de pe panou şi cea din boiler. Diferenţialul de temperatură de 8o

C poate fi modificat de utilizator în intervalul 6 – 15o C. Sistemele solare în bucla închisă folosesc un amestec special de apă, glicol şi agenţi anti-coroziune, non-toxic şi cu punct

scăzut de îngheţ, în acest mod se elimină problema înghetului în perioada iernii. Sistemele solare pot utiliza atât panouri solare persurizate separate cât şi panouri solare persurizate integrate. Suprafaţa de colectare cât şi capacităţile de stocare se pot extinde cu uşurinţă datorită faptului că panourile solare şi boilerele au construcţie modulară. Sistemele solare complexe sunt cel mai corect dimensionate atunci când aplicaţia înglobează toate necesităţile de energie termică de care are nevoie o clădire şi anume: încălzirea locuinţei şi încălzirea piscinelor, deoarece pe toată perioada anului energia termică furnizată de panourile solare poate fi utilizată în cel mai eficient mod.

Panourile solare termice

S-a creat o adevărată polemica în jurul posibilităţii de a asigura necesarul de căldură al unei locuinţe folosind panouri solare. Dacă este corect dimensionată şi numărul de panouri (tuburi) este suficient, instalaţia solară poate asigura integral sau în cea mai mare parte necesarul de căldură în locuinţa. Totul depinde de modul în care este construită casa (expunere sudică, vânturi exterioare, dar mai ales modul în care este realizată izolaţia termică a construcţiei). Totodată este chiar recomandat ca pe timp de primăvară - vară - toamnă surplusul de căldură pe care îl asigură instalaţia să fie folosit pentru a încălzi de exemplu, apa din piscină. Din proiectare se va dimensiona astfel instalaţia încât surplusul de căldură să încălzească apa piscinei, după ce a fost asigurată o cantitate suficientă de apa caldă pentru uzul menajer. Chiar dacă nu e soare în fiecare zi, energia solară colectată corect va asigură 60 – 70 % din costurile combustibililor clasici.

Panourile solare fotovoltaice

Spre deosebire de cele de mai sus, panourile solare fotovoltaice au ca rezultat energia electrică. Avantajele utilizării panourilor fotovoltaice este reprezentat în primul rând de posibilitatea asigurării energiei electrice în locaţii izolate care nu au acces la reţeaua de furnizare a energie electrică. Un astfel de sistem este uşor de instalat, nu necesită cunoştinţe speciale în domeniu energetic, întreţinerea panourilor este facilă acestea nu necesită decât curăţarea de impurităţile ce se ataşează pe suprafaţa acestora. Durata medie de utilizare a acestor panouri este de 20 - 25 ani, singură componenţa care necesită o atenţie mai sporită şi a cărei durată de viaţă este mai scurtă în cazul sistemelor insulare sunt bateriile. Un alt avantaj considerabil al acestor sisteme este că se pot extinde în cazul apariţiei unor consumatori electrici suplimentari. Evident nefiind singura tehnologie verde disponibilă, această poate fi combinată cu altele care să îi mărească puterea maximă. Panourile solare fotovoltaice pot fi de exemplu combinate cu mini generatoarele eoliene.

Comportarea panourilor solare termice

Panourile solare mai sunt denumite: captatori, colectoare sau încălzitoare solare şi sunt utilizate pentru producerea de agent termic sau încălzirea directă a apei prin captarea unei anumite părţi din spectrul radiaţiei solare. Întâlnim frecvent trei tipuri principale de panouri solare (în ordinea apariţiei pe piaţă): panouri solare plane, panouri solare cu tuburi vidate şi panouri solare cu tuburi vidate termice, în diverse variante tehnologice. Comportarea fiecărui tip de panouri este diferită, în funcţie de intensitatea radiaţiei solare şi diferenţa de temperatură dintre mediul ambiant şi agentul termic din elementul activ al panoului. Acest

fapt este determinat de materialele utilizate şi în special de forma geometrică a suprafeţei de captare, în condiţii similare de poziţionare. Graficele de mai jos evidenţiază sintetic rezultatele unor cercetări de prestigiu asupra modului în care se corectează randamentul optic în funcţie de tipul panoului. Se observă o foarte bună comportare a panourilor solare cu tuburi vidate şi termice, la orice intensitate a radiaţiei solare şi diferenţe mari de temperatură între agentul termic şi mediul exterior.

Principii de funcţionare

In funcţie de modul în care se face transferul termic, se disting trei tipuri de panouri solare:

1. cu schimbător de temperatură şi descărcare într-un boiler la distanţă, denumite colectoare solare cu tuburi vidate termice.

2. cu rezervor nepersurizat, ataşat la panou, denumite încălzitoare solare nepersurizate cu tuburi vidate.

3. cu rezervor persurizat, ataşat la panou, denumite încălzitoare solare persurizate cu tuburi vidate termice.

Testarea panourilor solare termice (colectoarelor) se face în conformitate cu standardul european EN 12975 asistemelor şi componentelor solare termice. Produsele se testează în� conformitate cu standardul EN 12975 de către laboratoare independente şi poartă marca acestora. Toate colectoarele plane certificate au design similar - diferenţă o fac materialele destinate ramelor, izolaţia termică, sistemul de absorbţie, sticla. Ramele nu influenţează randamentul, dar afectează longevitatea. Majoritatea producătorilor au sticlă care permite trecerea a 90 % din radiaţie.

Nr Caracteristici Observaţii1 Dimensiuni (L, l, h) Dacă spaţiul pe acoperiş în direcţia sud este

limitat, cunosterea dimensiunilor vă ajută să alegeţi cea mai bună soluţie

2 Aria Suprafaţa totală a colectorului3 Greutate Greutatea panoului fără fluid. Este importantă în

stabilirea sarcinii pe structura acoperişului4 Garanţie Perioada de garanţie şi condiţiile garanţie5 Materialul de transfer Materialul folosit pentru realizarea transferului

între radiaţia solară şi fluidul de lucru. De obicei este cupru

6 Materialul de absorbţie Materialul folosit pentru creşterea absorbţiei, de obicei este folosit negrul.

7 Sticla Are rol de protecţie mecanică, dar si rol termoizolant. Trebuie să permită trecerea radiaţiei solare într-un procent cât mai ridicat

8 Rame Rama este importanta în longevitatea colectorului. Materialele de calitate asigură produsului o durată de utilizare marită în special în mediile saline

9 Energie Capacitatea colectorului în W în diverse condiţii meteorologice

10 Factor Y Eficienţa colectorului când fluidul de lucru are

aceeaşi temperatură cu temperatura mediului înconjurător. Corespunde cu punctul de eficienţă maximă a colectorului

11 Curbe de performanţa Eficienţa colectorului în funcţie de diferenţa de temperatură între fluid si mediul înconjurător

1.9 Sisteme fotovoltaice de sine stătătoare

Sistemele fotovoltaice de sine stătătoare sunt proiectate să opereze independent de reţeaua de utilităţi şi sunt de obicei proiectate pentru a furniza anumite sarcini electrice curent continuu sau curent alternativ. Aceste sisteme pot fi alimentate doar de o matrice fotovoltaică sau pot folosi vântul, un generator de energie sau putere utilitară cum ar fi o sursă auxiliară de curent electric, numită sistem hibrid fotovoltaic. Cel mai simplu tip de sistem fotovoltaic de sine stătător este un sistem direct cuplat, unde alimentarea curent continuu a unui modul fotovoltaic e direct conectată la o sarcină de curent continuu. Din moment ce nu este nici un fel de obiect de stocare de energie electrică (baterie) in sistemul direct cuplat, sarcina operează doar in timp ce este expus la soare, făcând ca aceste modele să fie adecvate pentru aplicaţii comune cum ar fi elice de ventilator, pompe de apă şi pompe de mică circulaţie pentru sistemele solare de încălzire cu apă termală. Pentru sarcini sigure cum ar fi pompele de apă pozitiv-deplasare, un tip de transformator electronic curent continuu – curent alternativ, numit un detector de punct maxim de putere (DPMP) este folosit între matrice si sarcini pentru a ajuta la buna funcţionare la puterea maximă de ieşire a matricei.

Fig. 7. Diagrama de conectare a celulelor fotovoltaice

În multe sisteme fotovoltaice de sine stătătoare, bateriile sunt folosite pentru a capta energia.

MATRICE FOTOVOLTAICĂ ÎNCĂRCARE CC

MATRICE FOTOVOLTAICĂ ÎNCĂRCARE CONTROLER ÎNCĂRCARE CC

BATERIE INVERTOR

ÎNCĂRCARE CA

Fig. 8. Diagrama de conectare a celulelor fotovoltaice

1.10 Fotovoltaice subţiri de film

Modulele fotovoltaice subţiri de film (thin-film) sunt fabricate prin depozitarea unor straturi foarte subţiri de material semiconductor pe o sticlă sau straturi subţiri de oţel inoxidabil într-o cameră de vid. Un proces de trasare cu laser e folosit pentru a separa şi lega conexiunile electrice între celulele individuale într-un modul. Materialele fotovoltaice subţiri de film (thin-film) oferă o mare promisiune pentru reducerea materialor necesare şi costurile de producţie pentru modulele şi sistemele fotovoltaice.

FOTOVOLTICE MATRICE

ÎNCĂRCARE CONTROLER

ÎNCĂRCARE CC

RECIFIER BATERIE INVERTOR

ÎNCĂRCARE CAMOTOR – GENERATOR, TURBINE EOLIENE SAU GRILĂ DE REZERVĂ

Fig. 9. Fotovoltaice subţiri de film (thin-film)

1.11 Tipuri de celule fotovoltaice

Celule monocristaline de silicon. Create folosind celulele tăiate dintr-un cristal cilindric de silicon, acesta este cea mai eficientă tehnologie fotovoltaica. Principalul avantaj al celulelor monocristaline este eficienta lor mai ridicată, de obicei cu 15 %, deşi procesul de fabricare necesar producerii siliconului monocristalin este complicat, rezultând costuri mai mari decât celelalte tehnologii.

Celulele multicristaline de silicon. Create din celule tăiate dintr-un bloc de silicon recristalizat topit. La procesul de fabricare, siliconul topit este turnat în blocuri de silicon policristalizat, aceste blocuri sunt pe urmă tăiate în foiţe foarte subitiri de wafere şi asamblate în celule complete. Celulele multicristaline sunt mai ieftine de produs faţă de cele monocristaline, datorită procesului de fabricare mai puţin complex. Oricum, ele tind să fie mai puţin eficiente decât celulele monocristaline aproximativ cu 12 %, creând o textură granulara.

Celulele de film (thin-film). Altă tehnologie multicristalina unde siliconul este depozitat într-un proces continuu pe un material de bază, rezultând o aparentă spumantă, bine impregnată. La fel ca toate fotovoltaicele cristaline, ele sunt încapsulate într-un strat de izolaţie de polimer transparent cu un acoperiş din fire de sticlă care în mod obişnuit sunt legate de un strat de aluminiu puternic.

Silicon amorfat. Celulele de silicon amorfat sunt compuse din atomi de silicon într-un strat subţire, omogen mai degrabă decât o structură cristalizata şi absoarbe lumina mai eficient decât siliconul cristalizat, deci celulele pot fi mai subţiri. Din acest motiv siliconul amorfat este cunoscut şi ca tehnologia fotovoltaica thin-film. Siliconul amorfat poate fi depozitat pe un spectru larg de substraturi, ambele rigide şi flexibile, care îl fac ideal pentru suprafeţele curbate şi modulele impachetabile. Celulele amofate sunt, în orice caz, mai puţin eficiente decât celulele cristaline, cu eficientă aproximativ 6 % mai ridicată, dar prin urmare ele sunt mai ieftin de produs. Costurile lor mici, le fac ideale pentru multe locaţii unde nu este nevoie de eficientă ridicată şi este nevoie de costuri scăzute.

1.12 Instalarea sistemelor fotovoltaice pe clădiri

Modulele fotovoltaice pot fi montate pe aproape orice suprafaţa a unei clădiri care are contact cu soarele cea mai mare parte a zilei. Acoperişurile sunt în mod obişnuit locaţia sistemelor fotovoltaice, dar modulele fotovoltaice pot fi montate şi pe faţade, parasolare. Suprafaţa pe care matricele fotovoltaice sunt montate ar trebui să primească cât de multă lumina posibilă. Cu cât mai multă lumina primeşte matricea solară, cu atât generează mai mult curent electric. Cele trei probleme care afectează cât de multă lumina primeşte o suprafaţa sunt:

Orientarea: spre sud este cea mai bună orientare posibilă. Dacă fotovoltaicul este montat pe o faţadă verticală, orientarea ar trebui să fie preferabil între sud-est şi sud-vest. Dacă fotovoltaicul va fi montat în înclinare vor fi mai multe orientări în care se obţine o producţie de energie rezonabilă. Orientarea înspre nord ar trebui să fie evitată.

Înclinarea: o matrice înclinată primeşte mai multă lumina decât una verticală. Indiferent de unghiul de înclinare al matricei între vertical şi 150 orizontal va putea fi folosită. O înclinare minima de 150 de orizontală este recomandata să permită ploii să spele praful de pe matrice (solar.promacht.ro).

Umbră: umbrele date de copacii înalţi şi clădirile din cartier trebuie luate în considerare. Orice umbră minoră poate însemna pierderi semnificante de energie. Suprafaţa necesară pentru montarea matricelor fotovoltaice depinde de puterea de ieşire dorită şi de tipul modului folosit. Dacă sunt folosite modulele monocristaline (cele mai eficiente tipuri de module) va fi necesară o zonă de aproximativ 8 m² pentru a monta o matrice cu o putere de ieşire de 1 kw, dacă sunt folosite modulele multicristaline, va fi nevoie de o zonă de aproximativ 10 m² pentru 1 kw pe sistem, iar dacă vor fi folosite modulele amorfate va fi necesară o zonă de aproximativ 20 m². Aceste zone pot fi calculate în funcţie de puterea care va este necesară. 1 - 3 kW este puterea normală de ieşire pentru un sistem casnic, totuşi pot fi instalate sisteme mai mari. Sunt multe feluri în care o matrice fotovoltaica poate fi instalată pe o clădire. Modul obişnuit de montare a unei matrice pe o casă este aceea de a fi montată pe acoperiş sau modulele să fie montate în cadre deasupra acoperişului. Dacă matricele vor fi integrate în acoperiş, tiglele fotovoltaice vor fi folosite în locul modulelor. Matricele fotovoltaice pot fi monate de asemenea şi pe acoperişuri plate, pe pereţi sau pe alte structuri precum pergole sau golfurile de parcat maşini.

Partea a II-a: APLICAŢII

2.1 Despre energia solară şi metode de captare cu panouri solare

În momentul de faţă, la nivel mondial, principala resursa energetică (aproximativ 70 %) o constituie combustibilii: cărbune, petrol, gaz, lemn, reziduuri combustibile. O altă parte este reprezentată de energia produsă în hidrocentrale şi în centralele nucleare. Din totalul de energie consumată, aproximativ o treime este utilizată sub diverse forme pentru încălzirea locuinţelor şi pentru producerea de apa caldă menajeră. La ritmul actual de creştere a populaţiei şi al dezvoltării tehnologice, este vizibil că nevoia de resurse energetice ieftine şi utilizabile pe scară largă creşte foarte mult. Începe totodată să se vadă foarte clar faptul că utilizarea resurselor clasice prezintă anumite efecte negative (emisiile de noxe, riscuri de

accidente, efectul de seră) şi, cel mai important, resursele clasice devin tot mai costisitoare, atingând în fiecare an noi recorduri de preţ. Este, prin urmare, nu numai interesant. ci chiar obligatoriu să găsim şi să promovăm noi tehnologii privind utilizarea resurselor energetice neconvenţionale (solară, eoliană, geotermala). Energia astfel obţinută prezintă o întreagă serie de avantaje în raport cu cea obţinută din surse tradiţionale: este gratuită, este în totalitate ecologică, nu emite noxe, nu produce reziduri, este practic inepuizabilă şi nu implică instalaţii de prelucrare sau transport a resurselor, înainte de utilizare. Principiul de funcţionare se bazează pe conversia radiaţiei solare în căldură şi utilizarea acesteia pentru încălzirea apei. Apa caldă obţinută poate fi utilizată că atare, sub formă de apa caldă menajeră sau ca agent termic primar pentru prepararea apei calde menajere într-un acumulator. În unele cazuri se poate utiliza şi ca agent termic pentru încălzire.

Marele avantaj al utilizării panourilor solare este că se foloseşte drept sursă de energie soarele. Reacţiile termonucleare care au loc în interiorul acestuia generează o imensă cantitate de energie care este livrată în toate direcţiile, în Sistemul Solar. Distanţă faţă de soare face ca, din această energie, Pământul să beneficieze la nivelul superior al atmosferei exterioare, de o putere radianta echivalentă cu aproximativ 1400 W/m2. La trecerea prin atmosferă intensitatea radiaţiei se diminuează (prin absorbţie la nivelul particulelor de aer, apa, corpuri solide, prin reflexie şi/sau prin difuzie), astfel încât la nivelul scoarţei terestre putem conta pe aproximativ 1000 W/m2. În mod normal această radiaţie este absorbită de scoarţa terestră, transformată în căldură, rezultatul fiind printre altele şi încălzirea atmosferei pământului. Mare parte din această căldură se pierde, prin atmosferă, în exterior. Ideea utilizării panourilor solare constă în recuperarea acestei radiaţii şi transformarea ei în căldură utilizabilă în instalaţii domestice (cea mai răspândită utilizare fiind obţinerea apei calde menajere).

2.2 Nivelul de insolaţie

Nivelul de insolaţie este cantitatea de energie solară care pătrunde în atmosferă şi cade pe suprafaţa pământului. Această cantitate de energie variază în funcţie de latitudine, altitudine şi perioada anului. Nivelul de insolaţie este de obicei exprimat că medie anuală sau lunară, în killowati-oră pe metru pătrat. Pentru a corela mai uşor această mărime cu consumul zilnic de energie termică, nivelul de insolaţie se exprimă ca medie lunară în kwh/m2/zi.

Fig. 10. Harta de insolaţie (sursa: panouri-solare.net)

Nivelul de insolaţie se poate determina în funcţie de coordonatele geografice, cu ajutorul unor hărţi de insolaţie. O astfel de hartă, prezentată alături, împarte ţara noastră în trei zone principale de însorire: zona 0 (>1250 kWh/m2/an), care coincide practic cu litoralul Mării Negre, zona I (1150-1250 kWh/m2/an) care include în mare parte regiunile carpatice şi subcarpatice şi zona II (1000-1150 kWh/m2/an), compusă în principal din regiunile de şes. Această hartă reprezintă zonarea României în funcţie de nivelul mediu anual de insolaţie. Valorile zilnice obţinute împărţind valoarea medie anuală la numărul de zile dintr-un an, reprezintă valori medii. Dimensionarea unei instalaţii solare se poate face şi la valoarea medie anuală raportată la numărul de zile dintr-un an, însă în acest caz instalaţia va produce căldură în exces pe perioada de vară.

Fig. 11. Harta detaliata de insolaţie (sursa: icemenerg.ro)

2.3 Harta solară a României

România se află în zona europeană B de însorire, ceea ce oferă locuitorilor avantaje reale pentru a economisi energie termică, respectiv bani, dacă utilizează energia solară. Nivelul de insolaţie este foarte bun, comparativ cu a altor ţări cu climat temperat, iar diferenţele, funcţie de zona geografică, sunt foarte mici. România este împărţită în trei zone principale de însorire:

Fig. 12. Harta solară a României (sursa: energie-solara.com)

o zona roşie  (> 1450 kWh/m2/an), coincide cu zona de sud: Oltenia, Muntenia, Dobrogea şi sudul Moldovei;

o zona galbenă (1300 – 1450 kWh/m2/an), include regiunile carpatice şi subcarpatice ale Munteniei, toată Transilvania, partea de mijloc şi nord a Moldovei şi tot Banatul;

o zona albastră (1150 – 1300 kWh/m2/an), include, în principal, regiunile de munte.

Datorită arderii combustibililor convenţionali, în scopul producerii formelor de energie necesare confortului lumii moderne, poluarea atmosferica a luat proporţii foarte mari, unul dintre efecte fiind cel cunoscut sub denumirea de efectul de seră. Captarea energiei solare, una dintre formele de energie regenerabila, şi transformarea ei în energie electrică sau termică, este tot mai încurajată la nivel mondial, întrucât reduce semnificativ poluarea mediului. Se cunoaşte că utilizarea de panouri solare termice reduce, în medie, cu 1 - 1,5 tone emisia de CO2/an/familie. Potenţialul de utilizare a energiei solare în România este relativ important, existând zone în care fluxul energetic solar anual, ajunge până la 1600 kwh/m²/an. În majoritatea regiunilor ţării, fluxul energetic solar anual, se situează între 1250 – 1350 kwh/m²/an.

Fig. 13. Harta de insolaţie

HARTA FIG 10 HARTA FIG 12ZONA 0 1250 1450ZONA 1 1150 – 1250 1300 - 1450ZONA 2 1000 - 1150 1150 – 1300

Media lunară de însorire

Fig. 14. Grafic nivel mediu de insolaţie

Pentru o dimensionare economică a instalaţiilor solare pentru apa caldă, este indicat să se folosească nivelul mediu de insolaţie a lunilor martie - octombrie. Valorile medii lunare a nivelului de insolaţie se pot extrage din tabele sau din grafice. Un astfel de grafic este prezentat alături. Tabelele cu valori medii lunare nu diferă de grafice decât prin modul de prezentare a informaţiei. Folosind valorile tabelate se pot ridica grafice. Graficul prezentat alături reprezintă valoriile medii lunare ale insolaţiei pentru municipiul Bucureşti. În acest caz, valoarea medie a insolaţiei lunilor martie - octombrie este de 4,56 kwh/m2/zi, media anuală fiind de 3,56 kwh/m2/zi. După cum se observă din grafic, valoarea maximă este de 6 kwh/m2/zi. Dacă am dimensiona instalaţia ţinând cont de media anuală, în luna iulie această ar produce un surplus de căldură de 70 %. Comparativ, dacă dimensionăm ţinând cont de media lunilor martie - octombrie, surplusul de energie generat se reduce la 30 %. În cazul instalaţiilor solare care furnizează şi o parte din energia termică necesară încălzirii spaţiilor de locuit, dimensionarea se face la o valoare egală sau inferioară mediei anuale. Surplusul de energie de pe perioada verii poate fi folosit la încălzirea apei dintr-o piscină.

2.4 Necesarul energetic

Necesarul energetic este cantitatea de energie necesară pentru a ridica temperatura unui consumator cu o anumită valoare. Consumatorul de energie termică poate fi de exemplu un boiler folosit la prepararea apei calde manajere, o clădire, o piscină. Diferenţa de temperatură se stabileşte în funcţie de cerinţele fiecărei aplicaţii.

Apă caldă menajerăConsumul de apă caldă menajeră se determină în funcţie de numărul de persoane care utilizează această resursă. Într-o gospodărie, fiecare locuitor consumă zilnic o cantitate de 50 - 60 litri de apă caldă la temperatura de 55 - 60° C.

Încălzirea clădirilorPentru încalzire calculul se face în functie de media lunară a însoririi pe metru pătrat. De exemplu, la Cluj, în luna aprilie putem obţine o cantitate de căldură de cca 4,2 kW, în medie, zilnic, de pe o suprafată de colector de un metru pătrat. Înmulţind cu suprafaţa totală a colectoarelor putem obţine cantitatea de căldură produsă zilnic de instalaţie. Necesarul energetic al unei clădirii se poate determina pornind de la consumul mediu lunar de combustibil convenţional folosit pentru încalzire.

Încălzirea piscinelorPentru încălzirea piscinelor avem de a face cu un caz particular. O estimare foarte aproximativă se poate face astfel: pentru a avea o temperatură de circa 28° C în piscină timp de 5 luni pe an (mai – septembrie), înmulţim suprafaţa piscinei cu un coeficient de 0,7 şi aflăm suprafaţa necesară a colectoarelor solare. Desigur, trebuie respectate nişte condiţii minimale, dintre care cea mai importantă este acoperirea piscinei pe perioada în care nu este utilizată, deoarece pierderile datorate evaporării apei constituie 70 % din pierderea totală de căldură.

2.5 Dimensionarea centralei termice solare

Dimensionarea centralei termice solare este puţin diferită faţă de dimensionarea unei centrale care utilizează combustibil convenţional prin modul diferit de analiză a planului de situaţie, prin numărul mare de parametrii care sunt introduşi în formulele de calcul, prin variabilitatea parametrilor termici, prin complexitatea sistemului. Pentru dimensionarea centralei termice solare se iau în calcul următorii parametrii, date de proiectare şi echipamente:

suprafaţa pe care se poate monta panourile solare şi anume: unghiul de înclinare şi unghiul azimutal. Cantitatea cea mai mare de radiaţie termică solară poate fi preluată dacă planul în care se află panoul solar este perpendicular pe radiaţia solară. Deoarece unghiul de incidenţă al radiaţiei solare depinde de oră şi anotimp, planul în care se poziţionează panourile solare trebuie să corespundă poziţiei soarelui în intervalul cu radiaţie maximă. Unghiul de inclinare optim este între 30o şi 55o . Unghiul azimutal descrie abaterea planului în care se află panoul solar faţă de punctul cardinal sud. Deoarece radiaţia termică solară este mai puternică în timpul prânzului, planul panoului solar trebuie să fie orientat spre sud. Se acceptă abaterii de la direcţia sudică de ± 15o. Exemplu: pentru o înclinare a panoului de 30o - 45o şi un unghi azimutal de maxim 15o sud – vest, radiaţia termică anuală captată este de aproximativ 95 %;

tipul panoului solar: panouri solare cu colector plat, panouri solare cu tuburi vidate şi pipe termice (tuburi superconductoare), panouri solare cu tuburi vidate cu termosifon;

randamentul energetic al panourilor solare; energia termică pe care o produce panoul solar. Valoarea acestei energii depinde de

nivelul de insolaţie zonal. Pentru România, energia medie anuală pe care o produce panourile solare cu tuburi vidate şi pipe superconductoare este de 4 – 5 KWh/m2/zi*. Exemplu: pe timp de iarnă, în cursul unei zile senine, indiferent de temperatura mediului ambiant, putem capta 4 - 5 kWh/m²/zi energie termică solară cu care se poate produce agent termic în rezervorul de acumulare, la temperaturi cuprinse intre 50 – 65o C.

tipul de izolaţie termică al întregului sistem; tipul de izolaţie termică a clădirii; cota de căldură asigurată de energia termică solară; dimensionarea conductelor; dimensionarea pompei de circulaţie; racordarea panourilor solare; elemente de siguranţă şi securitate; controler electonic pentru automatizare.

2.6 Energie solară pentru  casa de vacanţă       Una din cele mai comune aplicaţii a energiei alternative este alimentarea cu energie electrică a unei case de vacanţă sau cabană, aflată într-o zonă fără acces la reţeaua publică. Pentru această aplicaţie se poate opta pentru alimentare folosind panouri fotovolatice sau generatoare eoliene. Folosirea lor combinată este întodeauna posibilă.

Fig. 15. Sistem solar pentru o casă de vacanţă (sursa: ecovolt.ro)

Fiecare sistem care foloseşte energia alternativă trebuie proiectat într-un mod foarte riguros. De această proiectare si optimizare va depinde eficienţa şi preţul lui de cost. Pentru a determina preţul de cost al unui echipament este necesar să determinăm care sunt consumatorii care vor folosii această energie şi care este intervalul de timp în care ei funcţionează.

În acestă locaţie vom folosi următorii consumatori de energie :

Tabelul 4. Consumatori în curent alternativ

Tabelul 5. Consumatori în curent continu

Locaţia dispune de următoarele caracteristici de potenţial energetic: energie solară timp de 4,5 ore pe zi;    vânt continu la 12 m/s timp de 4 ore pe zi.

Pentru deservirea acestor consumatori sistemul poate folosi panouri solare sau un generator eolian (turbină eoliană) care trebuie să producă tot necesarul de energie electrică. Aceşti

  Ore de Zile dePutere funcţionare funcţionare(W) pe Zi săptămână

Frigider 200 10 7Televizor color 150 4 7Receptor satelit 30 4 7Radio-CD player 35 6 7Rezerva de energie 50 3 7

  Ore de Zile dePutere funcţionare funcţionare(W) pe Zi săptămână

Bec 11W - 4buc 44 2 7

consumatori au nevoie de 4 KWh pe zi timp de 7 zile pe săptămână sau putem considera aproximativ un consum de 124 KWh/lună.  Sistemul are o autonomie de 2 zile, adică poate furniza energia necesară timp de 2 zile chiar dacă nu avem nici un aport de energie de la panourile solare fotovoltaice sau turbina eoliană. Pentru acestă aplicaţie vom avea nevoie de următoarele componente principale:

panouri solare fotovolatice sau o turbină eoliană; grup de acumulatori (baterii reîncărcabile)  la 6 V; regulator de încărcare a bateriei; invertor de curent continu (12 V) - curent alternativ (220 V); lămpi economice de curent continu; echipamente si conectori pentru subansamble.

Pentru acestă aplicaţie pentru acoperirea necesarului de consum vom avea nevoie de : 10  panouri solare fotovoltaice de 150 W sau o turbină eoliană de 1000 W; 2  regulatoare de încarcare pentru panouri; 10  baterii acumulatori cu ciclu profund; 1  invertor de 500 W putere la ieşirea de 220 V; 4  becuri economice de 11 W curent continu.

În cazul în care reţeaua de energie electrică se află la o distanţă mai mare de 200 - 300 m de locaţia cabanei (casei de vacanţă), alimentarea cu energie alternativă devine cea mai rentabilă soluţie.

2.7 Sistem telecom izolat alimentat cu energie  solară   Fiabilitatea alimentări cu energie electrică a unui dispozitiv de telecomunicaţii important este esenţială. O noua aplicaţie a energiei alternative este alimentarea cu energie electrică a unui sistem telecom pentru furnizare acces internet, aflat într-o zonă fără acces la reţeaua publică. Pentru această aplicaţie se poate opta pentru alimentare folosind panouri fotovolatice şi/sau generatoare eoliene. De foarte multe ori operatorii de televiziune prin cablu (CATV) sau furnizorii de internet (ISP) au avut dificultăţi tehnice uriaşe pentru instalarea unor echipamente în locaţii fără acces la reţea sau unde costurile instalării ei este foarte mare.

În acestă aplicaţie vom folosii următorul consumator de energie:

o ISP

Tabelul 6. Consumator în curent continu

Emiţătorul trebuie să funţioneze non-stop, indiferent de condiţiile meteo si anotimp. Sistemul de alimentare trebuie să acopere integral consumul pe timp de iarna şi să nu producă întreruperi de energie. Locaţia dispune de următoarele caracteristici de potenţial energetic:

  Ore de Zile dePutere funcţionare funcţionare(W) pe Zi săptămână

Emitator radio Internet

12 24 7

energie solara timp de 4 ore pe zi  in timp de iarna; vânt continu la 12 m/s timp de 4 ore pe zi.

Pentru deservirea acestor consumatori sistemul va folosi panouri solare (sau o turbină eoliană) care trebuie să producă tot necesarul de energie electrică. Aceşti consumatori au nevoie de 288 Wh pe zi timp de 7 zile pe săptămână sau putem considera aproximativ un consum de 8,64 KWh/lună. Sistemul trebuie să aibă  o autonomie de 3 zile, adică poate furniza energia necesară timp de 3 zile chiar dacă nu avem nici un aport de energie electrică de la panourile solare fotovoltaice sau turbina eoliană. Acest mod de proiectare va permite detectarea în timp util a oricărei avarii, eliminând complet eventualitatea unei întreruperi de energie a consumatorului. Pentru acestă aplicaţie vom avea nevoie de următoarele componente principale:

panouri solare fotovoltaice; acumulatori (baterii reîncărcabile)  la 12 V; regulator de încărcare a bateriei; echipamente si conectori pentru subansamble.

Pentru acestă aplicaţie pentru acoperirea necesarului de consum vom avea nevoie de : 2  panouri solare fotovoltaice de 75 W; 1  regulatoare de încărcare pentru panouri; 1  acumulator cu ciclu profund .

 2.8 Sistem de pompare apă alimentat cu energie  solară   Cu ajutorul unei pompe solare conectate direct la un panou solar fotovoltaic obţinem un sistem de pompare ecologic. O pompă Lorentz cuplată la un panou solar fotovoltaic cu o putere de numai 150 W se pot obţine aproximativ 13 000 litri de apă pe zi, de la o adâncime de 10 m, în perioada de vară. De reţinut că acestă pompă funcţioneză zilnic, automat folosind doar energie solară.  O asemena pompă poate produce :

13000 litri/zi x 30 zile = 390.000 litri /lună (390 m3 /lună)

Alimentarea cu apă a constituit întodeauna o problemă mai ales atunci când energia electrică nu este disponibilă. Soluţile de pompare a apei folosind panouri solare sau turbine eoliene au fost întodeauna o soluţie foarte eficientă. Sistemele de irigaţii individuale care folosesc această tehnologie, s-au dovedit a fi soluţia ideală şi sunt din ce în ce mai intens folosite în agricultură. Aceste sisteme folosesc pompe submersibile sau de suprafată. Esenţial în aceste aplicaţii sunt pompele de curent continu care au un randament foarte ridicat, folosind pentru pomparea apei o cantitate foarte mică de energie electrică. Schema bloc a unui sistem de acest tip este prezentată mai jos.

Fig. 16. Schema bloc a unui sistem de pompare apa (sursa: ecovolt.ro)

Pentru a face o analiză detaliată a unei asemenea aplicaţii vom  lua în considerare pompa de apă electrică. Această pompă poate funcţiona cu panouri solare având o putere între 24 W şi 35 W. Caracteristicile tehnice permit următoarele performante, luând în considerare 6 ore de soare pe zi :

Adâncime (m)

Debit zile senine (l) soare cu nor (l)

Inourat (l)

5 636 378 16810 462 294 13815 372 222 10820 264 168 72

Tabelul 7. Caracteristicile tehnice ale sistemului de pompare apa

Aceste caracteristici o face foarte uşor de utilizat în zone fără energie electrică pentru irigaţii şi apă curentă a unei locuinţe. Pentru acestă aplicaţie vom avea nevoie de următoarele componente principale:: 

  2  panouri solare fotovoltaice de 12 W; 1  pompa care include un regulator propriu.   

2.9 Sistem electric de rezervă pentru locuinţe individuale    În cazul în care alimentarea cu energie electrică de la reţeaua naţională, nu corespunde necesităţilor (datorită întreruperilor dese), singura soluţie viabilă este instalarea unui sistem de rezervă (back-up). Configuraţia de mai jos permite funcţionarea tuturor consumatorilor dintr-o locuinţă în cazul întreruperii alimentării cu energie electrică.

Funcţionarea acesuit sistemTensiunea de alimentare de la reţeaua de 220 V este cuplată la invertor. Toţi consumatorii din locuinţă vor fi cuplaţi la ieşirea invertorului. Aceşti consumatori nu pot depăşi puterea instantanee maximă de 1600 W, furnizată de acest tip de invertor. Pentru puteri mai mari se vor utiliza alte tipuri de invertoare. Existenţa tensiunii de intrare de 220 V de la reţea, va face ca invertorul să declanşeze procesul de încărcare a acumulatorilor şi în acelaşi timp să alimenteze consumatorii externi.

VARIANTA A

Fig. 17. Sistem electric de rezervă – varianta A (sursa: ecovolt.ro)

În momentul în care se întrerupe alimentarea cu energie electrică, invertorul va comuta automat si va transfera energie din acumulatori către consumatori. Comutarea se face cu o viteză foarte mare (< 20 milisecunde) astfel încât, consumatorii nu vor simţi aceast eveniment. Dimensiunea acumulatorilor este dependentă de timpul în care se doreşte furnizarea puterii maxime după întreruperea energiei electrice. Funcţionarea este similară cu a unui UPS, dar acest sistem este superior din toate punctele de vedere, datorită performaţelor tehnice. După revenirea tensiunii de alimentare sistemul trece automat in funcţionare normală şi procesul de încărcare a acumulatorilor se va relua pană la încărcarea lor completă. Sistemul dispune de 4 acumulatori de 12 V / 120 Ah cuplaţi serie - paralel asfel încât capacitatea totală va fi de 240 Ah la 24 V.

Putere consumatori 500 W 1000 W 1600 W Descărcare acumulator de 80 %  10 ore 5 ore 3 ore

Pentru acestă aplicaţie vom avea nevoie de următoarele componente principale: 4  acumulatori; 1  invertor.

VARIANTA BUn sistem mai mic având o putere de numai 600 W este descris în schema electrică de mai jos:

Fig. 18. Sistem electric de rezervă – varianta B (sursa: ecovolt.ro)

Sistemul dispune de 2 acumulatori de 12 V / 80 Ah cuplaţi în paralel asfel încât capacitatea totală va fi de 160 Ah la 12 V.

Putere consumatori 100 W 200 W 600 W Descărcare acumulator de 80 %  15 ore 8 ore 3 ore

Pentru acestă aplicaţie vom avea nevoie de următoarele componente principale: 2  acumulatori; 1  invertor.

 

2.10 Incalzire habitat cu sisteme solare

Incalzirea apei cu ajutorul panourilor solare este o tehnologie accesibila fiecarui proprietar de locuinta / piscina in scopul reducerii costurilor de incalzire si a reducerii dependentei de sistemul centralizat de incalzire

Colector (panou solar). Dimensionare - primul pas in alegerea sistemului este stabilirea numarului necesar de panouri. Unghiul de inclinare al panourilor trebuie sa fie +/- 10 grade fata de latitudinea locului. Incarcarea acoperisului nu trebuie neglijata, iar sistemul de fixare trebuie ales cu grija astfel incat sa nu apara infiltratii prin acoperis;

Boiler (recipient de stocare a apei calde). Volumul si dimensiunea boilerului au, de asemenea, o importanta deosebita asupra pozitionarii in camera tehnica. Supradimensionarea sau subdimensionarea sistemelor nu creste performanta sistemului. Pozitionarea boilerului se face de obicei in interior, deoarece plasarea in exterior poate duce la deteriorarea boilerului si pierderea de energie. Datorita greutatii boilerului trebuie calculata incarcarea planseului in camera tehnica;

Lichidul anti-inghet. Lichidul care circula prin panouri este de tip antigel; Kit hidraulic cu sistem electronic de control. Analizeaza datele de la senzori si

determina cand este suficienta energie pentru colectare; Vasul de expansiune este prevazut in sistemul panourilor solare. Are rolul de protectie

contra suprapresiunii, cand temperatura este ridicata, si mentinerea presiunii, cand fluidul are temperatura scazuta.

2.11 Dimensionarea sistemelor solare pentru piscine

Instalaţia solară destinată încălzirii apei piscinelor este cea mai eficientă soluţie pentru extinderea timpului de utilizare al piscinelor. Sistemul de încălzire este foarte simplu de integrat într-o soluţie deja existentă, deoarece foloseşte aceeaşi pompă care este destinată filtrării apei. Empiric se poate dimensiona suprafata panourilor solare egala cu 50 % din suprafata piscinei. Vom considera o piscină cu suprafaţa de 45 mp. Schema de funcţionare, tipurile de panou sunt prezentate mai jos. Colectoarele sunt realizate din tehnoamid - polipropilena, au o lungime de 3,03 m şi o laţime de 1,2 m si o greutate de 10,8 kg. În anexă sunt prezentate rezultatele simulării pentru evoluţia temperaturii apei din piscina (fără colectoare, cu 4 colectoare si 10 colectoare). Se observă creşterea temperaturii medii a apei în piscină cu 4 - 5 C.

Fig. 19. Schema de funcţionare a sistemelor solare pentru piscine

Fara panouri

Fig. 20. Rezultatele simulării pentru evoluţia temperaturii apei din piscină – fără panouri

Cu 4 panouri TS

Fig. 21. Rezultatele simulării pentru evoluţia temperaturii apei din piscina cu 4 panouri

Cu 10 panouri TS

Fig. 22. Rezultatele simulării pentru evoluţia temperaturii apei din piscină cu 10 panouri

2.12 Energie electrică cu sistem fotovoltaic

Componenta unui sistem solar

modul solar - generează electricitate din lumina soarelui; controller - controlează puterea către şi de la bancul de baterii; baterii - depozitarea energiei electrice; contor - prezintă starea sistemului şi măsoară transferul de energie; convertor - schimbă curentul continuu de tensiune joasă curent continuu (CC) în voltaj

ridicat curent alternativ (CA); sisteme de fixare sau traking - fixarea panourilor solare si orientare permanentă către

soare.

Fig. 23 Sistem solar independent cu consumatori CC (curent continuu)

1 – celule fotovoltaice2 – control încărcare3 – deconector4 – lumina fosforescentă (CC)5 – TV, radio6 – ciclu adânc

Fig. 24. Sistem solar independent cu consumatori CA (curent alternativ)

Domeniul de utilizare. Puterea produsă de sistemele fotovoltaice este utilă în majoritatea aplicaţiilor care includ motoare, pompe, echipamente electrice şi iluminare. Nu este recomandată folosirea sistemelor fotovoltaice în sistemele de încălzire a apei sau a încăperilor (cuptorul cu microunde, prăjitoarele de pâine se pot folosi datorită timpului redus de lucru). Pentru aceste aplicaţii se folosesc sisteme solare dedicate (incălzire habitat cu sisteme solare).

Umbrire. Spre deosebire de sistemele de caldură solare, umbrirea în cazul panourilor solare fotovoltaice poate avea un efect important în evoluţia sistemului. Unele module solare oferă protecţie la umbrirea parţială prin folosirea unei diode între fiecare celula.

Unghi montaj panouri solare. Deoarece poziţia soarelui pe cer variază în funcţie de anotimp este util să aducem corecţii poziţiei panoului: latitudinea + 15 grade iarna si latitudinea - 15 grade vara.

Alegerea tensiunii de lucru este determinată de dimensiunea sistemului. În cazul sistemelor mici si medii, unde majoritatea consumatorilor sunt CC (curent continuu) sau prin intermediul unui convertor cateva sunt CA (curent alternativ) alegerea e simplă - 12 V. De asemenea, modulele solare şi consumatorii nu pot fi poziţionaţi la distanţă mare una de alta datorită pierderilor. Sistemele cu 24 V sunt pentru aplicaţiile medii si mari datorită pierderilor mai mici si convertoarelor curent alternativ (CA) mai performante. Cu creşterea eficienţei utilitatilor curent alternativ (CA), sistemele de 24 V si 48 V au mai multe avantaje în aplicaţiile mari (modalitate conectare baterii).

Controller este piesa care determină încărcarea completă a bateriei fără a permite supraîncărcarea: previne scurgerea de energie din baterie către celula solară pe timpul nopţii, reduce deteriorarea bateriei printr-o descărcare totală, poate prezenta starea sistemului, protecţie la scurtcircuit.

Convertor. Componenta de bază a unui sistem mediu care transformă curentul tensiune joasă CC în tensiune ridicată curent alternativ (CA). Caracteristica principală este randamentul dispozitivului.

2.13 Energie electrică în sistemele de irigaţii

Dimensionarea unui sistem de pompare submersibil

Pentru a putea realiza un sistem de pompare trebuie stabilit de la început:

utilizarea apei (domeniul de utilizare - irigaţii, potabilă, menajeră); sursa de apă (exemplu: foraj, râu, baraj); depozitarea apei (rezervor, baraj); volumul de apă zilnic necesar (exemplu consum zilnic estimat: duş - 15 l/min, cadă

baie – 150 l, Toaletă – 10 l, irigaţie gradină sprinkler 800 l/h , vaca de lapte 130 l/zi, bovine / porcine 5 – 10 l/zi);

diferenţa de nivel între sol si evacuarea din tub (cota A); adâncimea maximă de pompare (A + C); lungimea totală a tubului între pompă şi rezervor (B), care este secţiunea tubului şi

materialul din care este fabricat; ca puţul să nu rămână fără apă în timpul funcţionării este necesar un senzor pentru

nivelul apei; adâncimea maximă faţă de sol (C); care este calitatea apei (exemplu: nisipoasă, calcaroasă) şi temperatura apei;

Fig 25. Schema funcţională (ataşat montajul senzorului pentru nivelul critic al apei)

1 – nisip (opţional)2 – pompă3 – senzor de apă la 0.5 m faţă de pompă4 – fir electric5 – ţeavă6 – legături de fir (fiecare 3 metri)7 – siguranţă frânghie8 – lipitură

tubul de transport trebuie dimensionat corespunzător. Debitul, lungimea totală a tubului (B). În cazul unei ţevi subdimensionate performanţele sistemului vor fi scăzute;

frânghia de siguranţă - previne pierderea pompei în cazul ruperii tubulaturii sau a firelor electrice. Trebuie asigurată prinderea din 3 în 3 m de ţeavă cu bandă adezivă vinil a frânghiei de siguranţă şi firelor electrice.

CONCLUZII

Soarele este fara indoiala o vasta sursa de enerie. Intr-un singur an, ele trimite spre Pamant de 20.000 de ori energia necesara intregii populatii a globului. In numai trei zile, pământul primeşte de la soare echivalentul energiei existente în rezervele de combustibili fosili. Energia solară reprezintă una din potenţialele viitoare surse de energie, folosită fie la înlocuirea definitivă a surselor convenţionale de energie cum ar fi: cărbune, petrol, gaze naturale etc., fie la folosirea ei ca alternativă la utilizarea surselor de energie convenţionale mai ales pe timpul verii, cea de a doua utilizare fiind în momentul de faţă cea mai răspândită utilizare din întreaga lume. Poate cel mai evident avantaj, în vederea utilizării acesteia, este acela de a nu produce poluarea mediului înconjurător, deci este o sursă de energie curată; un alt avantaj al energiei solare este faptul că sursa de energie pe care se bazează întreaga tehnologie este gratuitã.

In functie de enegia furnizata, panourile solare se pot imparti in panouri fotovoltaice, care genereaza energie electica si panouri solare termice, care transforma energia luminoasa intr-una termica. Panourile solare sunt una cele mai populare surse de energie alternativa folosita pentru sistemele electrice private si industriale. Tehnologiile solare folosesc energia soarelui pentru a produce caldura, lumina, apa calda si chiar aer conditionat pentru locuinte si zona industriala.

Panourile solare fotovoltaice au ca rezultat energia electrica. Avantajele utilizarii panourilor fotovoltaice este reprezentat in primul rand de posibilitatea asigurarii energiei electrice in locatii izolate care nu au acces la reteaua de furnizare energie electrica. Un astfel de sistem este usor de instalat, nu necesita cunostinte speciale in domeniu energetic, intretinerea panourilor este facila acestea nu necesita decat cuatarea de impuritatile ce se ataseaza pe suprafata acestora. Durata medie de utilizare a acestor panouri este de 20-25 ani, singura componenta care necesita o atentie mai sporita si a carei durata de viata este mai scurta in cazul sistemelor insulare sunt bateriile. Un alt avantaj considerabil al acestor sisteme este ca se pot extinde in cazul aparitiei unor consumatori electrici suplimentari. Dezavantaje: amplasarea imobilului pe axe geografice incorecte determină scăderea randamentului instalaţiei şi pericolul distrugerii panourilor, cauzată de intemperii; cresc riscurile in caz de calamitati - panourile fiind expuse intemperiilor.

GLOSAR:

o GRĂÚNTE, grăunți, s. m. 1. Sămânța unor plante, mai ales a cerealelor; bob1, boabă. ◊ Expr. Cât un grăunte de muștar = foarte mic. 2. Mic obiect asemănător cu un grăunte (1), izolat dintr-o masă de obiecte asemănătoare sau desprins dintr-un obiect mai mare. Grăunte de sare. 3. Cristal metalic de formă neregulată care rezultă dintr-un cristal elementar în urma solidificării sau a tratamentelor termice. [Var.: grăúnț s. n., grăúnță s. f.] – Refăcut din pl. grăunți (< lat. *granuceum).

o GRAVÚRĂ, (3) gravuri, s. f. 1. Gravare. 2. Gen al graficii în care imaginea artistică este obținută prin reproducerea după o placă pe a cărei suprafață a fost trasat sau gravat desenul, în adâncime sau în relief. ♦ Arta sau tehnica gravorului. 3. Placă de cupru, de piatră etc. pe care s-a gravat o imagine spre a fi reprodusă; p. ext. imaginea reprodusă după o astfel de placă. V. stampă. – Din fr. gravure.

o DIFUZIÚNE, difuziuni, s. f. 1. Împrăștierea în toate direcțiile a razelor unui fascicul de lumină, a undelor de radio etc. care trec printr-un mediu translucid sau care se reflectă când întâlnesc o suprafață cu asperități. 2. Pătrunderea moleculelor unui corp în masa altui corp cu care vin în contact. [Pr.: -zi-u-. – Var.: difúzie s. f.] – Din fr. diffusion, lat. diffusio, -onis.

o VÁCUUM, vacuumuri, s. n. 1. (Fiz.) Vid. 2. Aparat în care se concentrează o soluție, prin fierbere în vid, la temperaturi joase. [Pr.: -cu-um] – Din lat., fr. vacuum.

o POLIURETÁN, poliuretani, s. m. (Chim.) Produs obținut prin polimerizarea unor compuși chimici cu glicoli, folosit la fabricarea materialelor plastice. [Pr.: -li-u-] – Din fr. polyuréthane.

o CAȘERÁT, -Ă, cașerați, -te, s. n., adj. 1. S. n. (Tipogr.) Lipirea unui strat de hârtie, a unui celuloid etc. pe un carton pentru a-i da aspect mai frumos. 2. Adj. (Despre confecții) Cu un strat de spumă poliuretanică fixat între tricot și căptușeală. – După fr. cacher.

o PÉRGOLĂ, pergole, s. f. Construcție ușoară într-un parc sau într-o grădină, formată dintr-o rețea de grinzi de lemn susținute de șiruri de coloane, de stâlpi, pe care se întind plante agățătoare decorative. – Din fr., it. pergola.

o AZIMÚT s. n. Unghi pe care îl face un plan vertical fix, de obicei planul meridian al unui loc, cu un plan vertical care trece prin locul respectiv și printr-un punct dat. – Din fr. azimut.

o POLIPROPILÉNĂ, polipropilene, s. f. Material plastic ușor și rezistent, obținut prin polimerizarea catalitică a propilenei. – Din fr. polypropylène.

BIBLIOGRAFIE:

1. Complementaritatea surselor fotovoltaice si a captatoarelor termice in arhitectura cladirilor si asigurarea utilitatii de energie electrica si climatizare – Ioan Turcu, Universitatea Valahia Targoviste

2. Dezvoltarea Centrului de Colaborari  Internationale in vederea participarii sporite la programele europene si internationale de cercetare in domeniul tehnologiilor de producere a energiei din surse regenerabile – Ioan Turcu

3. Sc See Srl Targoviste – importator direct de panouri solare cu tuburi vidate pentru prepararea apei calde menajere si aport la incalzire. energie-solara.com

4. Sc TopSolar S.R.L Targoviste, Dambovita - importator direct de panouri solare presurizate si nepresurizate, plane sau cu tuburi vidate. panouri-solare.net

5. Dicționarul explicativ al limbii române, ediția a II-a, Academia Română, Institutul de Lingvistică „Iorgu Iordan”, Editura Univers Enciclopedic, 1998

6. Dicționar de neologisme, Florin Marcu și Constant Maneca, Editura Academiei, București, 1986

7. Marele dicționar de neologisme, Florin Marcu, Editura Saeculum, 2000

8. Noul dicționar explicativ al limbii române, Litera Internațional, Editura Litera Internațional, 2002

9. solar.promacht.ro

10. consumredus.ro

11. phoenixcom.ro

12. ecovolt.ro

13. solarzone.ro

14. panourifotovoltaice.org