Surse de alimentare

33
Surse de alimentare

Transcript of Surse de alimentare

Page 1: Surse de alimentare

Surse de alimentare

Referat realizat de: Mirica Ciprian

Page 2: Surse de alimentare

Sursele de alimentare se prezinta sub forma a trei energii:

-energia solara;-energia electrica;-energia chimica.

Energia solara

Energia solara este energia radianta produsa in Soare ca rezultat al reactiilor de fuziune nucleara. Ea este transmisa pe Pamant prin spatiu in cuante de energie numite fotoni, care interactioneaza cu atmosfera si suprafata Pamantului.

Energia solara a fost folosita inca din antichitate prin diferite tehnologii.

In zilele noastre energia solara este exploatata in mai multe moduri si din ce in ce mai des.

Metode de utilizare a energiei solare

Principalele metode de utilizare sunt:

celula solara

Page 3: Surse de alimentare

si

concentratoare solare parabolice.

In curs de dezvoltare sunt mai multe metode de utilizare a energiei solare:  colectoare solare, turn solar, alte tipuri de centrale solare

Celule solare

O celula solara, sau celula fotovoltaica, este un dispozitiv ce converteste lumina in curent electric folosind efectul fotoelectric.

Aceasta celula consta din doua sau mai multe straturi de material semiconductor, cel mai intâlnit fiind siliciul. Aceste straturi au o grosime cuprinsa intre 0,001 si 0,2 mm si sunt dopate cu anumite elemente chimice pentru a forma jonctiuni „p” si „n”. Aceasta structura e similara cu a unei diode. Când stratul de siliciu este expus la lumina se va produce o „agitatie” a electronilor din material si va fi generat un curent electric.

Celulele au de obicei o suprafata foarte mica si curentul generat de o singura celula este mic dar combinatii serie, paralel ale acestor celule pot produce curenti suficient de mari pentru a putea fi utilizati in practica. Pentru aceasta, celulele sunt incapsulate in panouri.

Prima celula solara a fost contruita de Charles Fritts in ani 1880. Desi prototipul convertea mai putin de 1% din limina incidenta in electricitate, acesta descoperire este considerata una foarte importanta.

Page 4: Surse de alimentare

In timpul crizei petrolului dezvolatarea celulelor solare a cunoscut o crestere semnificativa.

Celulele solare pot fi clasificate dupa mai multe criterii, dar sunt trei tipuri principale de celule solare. Celulele monocristaline fabricate din pastile de siliciu monocristalin, celulele policristaline fabricate din mai multe cristale mici, si al treilea tip fiind celulel dolare amorfe.

Clasificarea celulelor solare dupa materialele folosite

Celule pe baza de siliciu

Strat gros:

Celule monocristaline (c-Si): randament mare - in productia in serie se pot atinge pana la peste 20 % randament energetic, tehnica de fabricatie pusa la punct; totusi procesul de fabricatie este energofag, ceea ce are o influenta negativa asupra periodei de recuperare (timp in care echivalentul energiei consumate in procesul de fabricare devine egal cantitatea de energia generata).

Celule policristaline (mc-Si): la productia in serie s-a atins deja un randament energetic de peste la 16 %, cosum relativ mic de energie in procesul de fabricatie, si pana acum cu cel mai bun raport pret – performanta.

Strat subtire:

Celule cu siliciu amorf (a-Si): cel mai mare segment de piata la celule cu strat subtire; randament energetic al modulelor de la 5 la 7 %; nu exista strangulari in aprovizionare chiar si la o productie de ordinul TeraWatt

Celule pe baza de siliciu cristalin, ex. microcristale (µc-Si): in combinatie cu siliciul amorf randament mare; tehnologia aceeasi ca la siliciul amorf

Semiconductoare pe baza de elemente din grupa III-V

Celule cu GaAs: randament mare, foarte stabil la schimbarile de temperatura, la incalzire o pierdere de putere mai mica decat la celulele cristaline pe baza de siliciu, robust vizavi de radiatia ultravioleta,

Page 5: Surse de alimentare

tehnologie scumpa, se utilizeaza de obicei in industria spatiala (GaInP/GaAs, GaAs/Ge).

Semiconductoare pe baza de elemente din grupa II-VI

Celule cu CdTe: utilizeaza o tehnologie foarte avantajoasa CBD (depunere de staturi subtiri pe suprafete mari in mediu cu pH , temperatura si concentratie de reagent controlate); in laborator s-a atins un randament de 16 %, dar modulele fabricate pana acum au atins un randament sub 10 %, nu se cunoaste fiabilitatea. Din motive de protectia mediului este improbabila utilizarea pe scara larga.

Celule CIS, CIGS

CIS este prescurtarea de la Cupru-Indiu-Diselenid produs la firma Würth Solar in Marbach am Neckar, respectiv Cupru-Indiu-Disulfat la firma Sulfurcell in Berlin, iar CIGS pentru Cupru-Indiu-Galiu-Diselenat produs in statie pilot in Uppsala/Suedia.

Celule solare pe baza de compusi organici

      Tehnologia bazata pe chimia organica furnizeaza compusi care pot permite fabricarea de celule solare mai ieftine. Prezinta, totusi, un impediment faptul ca aceste celule au un randament redus si o durata de viata redusa.

Celule pe baza de pigmenti

      Numite si celule Grätzel utilizeaza pigmenti naturali pentru transformarea luminii in energie electrica; o procedura ce se bazeaza pe efectul de fotosinteza.

Celule cu electrolit semiconductor

      De exemplu solutia: oxid de cupru/NaCl. Sunt celule foarte usor de fabrict dar puterea si siguranta in utilizare sunt limitate.

Celule pe baza de polimeri

      Deocamdata se afla doar in faza de cercetare.

 

Page 6: Surse de alimentare

Eficenta celulelor solare

Eficenta celulelor solare variaza de la 6% pentru celulele cu siliciu amorf pana la 40.7%, la celulele cu jonctiu multiple (inca in dezvoltare), si la 42.8% pentru cele asamblate int-un pachet hibrid.

Pentru celulele pe baza de siliciu policristaline ce se afla in comert, eficenta este intre 14%-19%.

Celulele cu cea nai nare eficenta nu sunt tot timpul si cele mai economice. De ex., o celula multijonctiune pe baza de materiale exotice (galiu sau indiu-diselenid) care are o eficenta de 30%, poate costa de 100 de ori mai mult ca o celula de siliciu amorf de eficenta 8%, pe cand eficenta fiind doar de aprox. 4 ori mai mare.

Cresterea eficentei poate fi realizata crescand intensitatea luminii.  Cu ajutorul opticii se poate concentra o cantitate mai mare de lumina si astfel eficenta creste cu pana la 15%.

O metoda comuna prin care se exprima costurile econimice a sistemelor generatoare de energie electrica, este de a calcula pretul pe kilowatt-ora livrat (kWh).

 

 Colectoare solare

Cu ajutorul colectoarelor solare se realizeaza o economie semnificativa a consumului de energie utilizata pentru prepararea apei calde menajere,

Page 7: Surse de alimentare

incalzirea apei din piscine, incalzirea spatiilor din cladiri dar se contribuie si la reducerea emisiilor toxice in atmosfera.

Colectorul solar sub presiune este realizat din tuburi vidate de sticla borosilicata, rezistenta la socuri mecanice (grindina de pana la 25mm diametru) si sunt concepute sa functioneze toata perioada anului, chiar daca temperatura exterioara este sub 0°C. Sistemul de constructie din tuburi individuale confera colectorului o stabilitate ridicata (permite functionarea si in cazul in care  unul din tuburi se deterioreaza). Vidul din tuburile de sticla asigura o termoizolare eficienta, pierderile fiind eliminate aproape in totalitate. Colectorul solar asigura producerea de apa calda chiar si in conditiile unei radiatii solare difuze (innorat).

In interiorul tubului de sticla exista un tub termic din cupru ce contine un agent termic cu punct de fierbere scazut utilizat la tranferul energiei calorice. Tubul termic este legat de un condensator introdus prin contact direct intr-un schimbator de caldura. Utilizarea panourilor de calitate este o conditie necesara, nu insa si suficienta pentru exploatarea optima a instalatiei solare. Un rol deosebit il are configurarea sistemulul astfel incat sa se poata retine cu eficienta marita energia solara.

 

 

 

Turnul solar cu curenti de aer

Tehnologia turnului solar combina principiile de a concentra puterea solara si puterea vantului.

Page 8: Surse de alimentare

Aerul de sub un acoperis circular translucid (numit colector) deschis la periferie este incalzit de radiatia solara si dirijat prin tiraj fortat spre baza unui turn foarte inalt, localizat in centru colectorului.

La baza turnului se amplaseaza una sau mai multe turbine de mare randament care vor functiona datorita curentului de aer fierbinte, care trece cu mare viteza pentru a iesi prin cosul turnului.

O prima realizare practica de prototip s-a pus in functiune in 1981/1982 la Manzanares (150 km de Madrid), Spania si a dus la rezultate uluitoare.

Sistemul necesita o investitie destul de mare, dar care ulterior se amortizeaza prin costurile mici de exploatare si a randamentului ridicat, turnul functionind atit ziua cit si noaptea.

Pentru marirea randamentului cu aproximativ 25%, sub acoperisul circular s-au montat serpentine din conducte care sunt umplute cu apa, inmagazinind ziua caldura , pe care o cedeaza aerului noaptea, turnul functionand 24 din 24 ore.

 

Centrale solare

O centrala solara este o centrala electrica functionand pe baza energiei termice rezultata din absorbtia energiei radiatiei solare. Centralele solare termice, in functie de modul de constructie pot atinge randamente mai mari la costuri de investitii mai reduse decat instalatiile pe baza de panouri solare fotovoltaice, necesita in schimb cheltuieli de intretinere mai mari. Totodatata sunt exploatabile economic doar in zone cu foarte multe zile insorite pe an.

Exista mai multe metode pentru utilizarea energiei continute in radiatia solara in scopul producerii de energie electrica.

Auguste Mouchout a folosit o parabolica pentru a produce abur pentru primul motor solar cu aburi in 1866.

Aceste centrale utilizeaza oglinzi concave pentru a concentra razele solare pe suprafata absorbanta. Oglinda sau suprafata absorbanta isi vor modifica orientarea in functie de pozitia soarelui. Centralele solare cu jgheaburi parabolice colecteaza energia cu oglinzi distribuite pe suprafete mari ce concentreaza radiatia pe suprafete absorbante situate in centrul

Page 9: Surse de alimentare

focal al fiecarei oglinzi, pe cand cele cu turn, toate oglinzile au acelasi punct focal situat in turn.

Centrale solare cu campuri de colectoare

Campul de colectoare ale centralei este compus din mai multe jgheburi parabolice sau colectoare Fresnel legate in paralel si numite concentratoare liniare. Construirea de campuri de colectoare paraboloide este de asemenea posibila, dar vizavi de concentratoarele liniare sunt foarte costisitoare.

In campul de colectoare se produce incalzirea unui agent termic care poate fi ulei mineral sau abur supraincalzit.La instalatiile cu ulei se poate atinge o temperatura de pana la 390°C care intr-un schimbator de caldura va genera aburi. Daca agentul termic este abur atunci nu este nevoie de schimbator de caldura, aburul fiind generat direct in conductele de absorbtie.Avantajul acestui tip de centrale consta in faptul ca utilizeaza in parte tehnologie conventionala disponibila.

Centrale solare cu jgheaburi parabolice

Colectoarele cu jgheaburi parabolice sunt constituite din oglinzi lungi curbate transversal pe un profil de parabola concentrand fluxul radiatiei solare pe un tub absorbant situat in linia focala. Tubul absorbant este constituit dintr-o teava de metal acoperita in exterior cu un strat absorbant si prin care curge agentul termic si care este in interiorul unui alt tub, de asta data de sticla de borosilicat rezistent la actiuni mecanice si chimice fiind acoperit de un strat antireflectorizant. Intre cele doua tuburi este creat vid pentru a reduce pierderile prin convectie. Energia radiatiei solare este transformata in energie calorica si cedata agentului termic. Oglinzile parabolice sunt asezate de regula in randuri una dupa alta pe directia N-S. Avand un singur grad de libertate, rotatia in jurul axei focale.

Instalatii solare de tip Fresnel

in locul unei oglinzi parabolice se utilizeaza mai multe fasii de oglinzi plane situate toate la nivelul solului si care se pot roti in jurul azei longitudinale pentru a putea fi orientate cate una astfel ca sa relecte radiatia solara in directia tubului absorbant, in spatele caruia se afla o alta oglida liniara cu rol de concentrare a fascicolelor primite de la oglinzi intr-o linie cat mai subtire. Acest concept este in faza de testare.Acest mod de constructie imbina principiul de functionare al

Page 10: Surse de alimentare

colectoarelor cu jgheaburi parabolice cu cu cel al centralelor cu turn, dar renuntand atat la oglinzile curbate cat si la dispozitivele de orientare cu mai multe grade de libertate ramanand doar constructia modulara. Utilizand oglinzi plate usor de construit se sconteaza pe un pret scazut. Utilizarea conductei absorbante este necesara in continuare. Rezulta posibilitatea utilizarii de conducte mai lungi , fara coturi, ceea ce reduce pierderile datorita rezistentei hidraulice, in schimb apar pierderi de radiatie solara datorita umbririi reciproce a oglinzilor.

Centrale cu turn solar

In cazul centralelor cu turn solar este vorba de obicei de centrale pe baza de aburi generati cu ajutorul energiei solare. Focarul (camera de combustie) incalzit pana acum cu pacura, gaz natural sau carbune, este inlocuit de un focar solar asezat in varful unui turn. Radiatia solara, a sute, chiar mii de oglinzi cu orientare automata dupa pozitia soarelui este reflectata catre o suprafata absorbanta centrala numita receiver. Datorita puternicei concentrari de radiatie, in turn apar temperaturi de ordinul a mii de grade.

Agentul termic utilizat este nitrati fluizi, aburi sau aer cald. In acest mod se pot genera temperaturi cu valori adapate necesitatilor proceselor tehnologice, sau ceerintelor accelerarii proceselor chimice. De regula insa, caldura generata este utilizata totusi prim intermediul unei turbine de gaz sau de aburi la generarea de curent electric.In receiver agentul termic este incalzit, si in final utilizat la generarea de aburi.

 

Centrale cu oglinzi parabolice

Oglinzile parabolice sunt construite cu doua grade de libertate putand urmari pozitia soarelui pe cer. Ele sunt montate pe un stativ si concentreaza razele solare intr-un punct focal propriu fiecarei oglinzi unde este montat un receptor de energie termica. Acest mod de constructie este foarte compact.La instalatiile de acest tip receptorul este

Page 11: Surse de alimentare

conectat la un motor Stirling care transforma energia termica direct in emergie mecanica putand actiona un generator electric. Aceste instalatii ating un randament inalt in transformarea energiei solare in energie electrica.

Modularitatea acestor instalatii permite atat utilizarea lor in locuri izolate sau independente cat si conectarea mai multora in formtnd o centrala virtuala in cadrul generarii distribuite a energiei electrice. O solutie mai rara o constituie parcurile(fermele) de oglinzi parabolice. In punctual focal comun tuturor oglinzilor se afla o suprafata absorbanta cu ajutorul careia este incalzit un agent termic utilizat in continuare pentru generare de aburi. Conectarea in grup a mai multor oglinzi parabolice constituie o abordare mai putin economica decat centralele cu jgheaburi parabolice sau cele cu turn solar.

 

Energia solara nu e accesibila noaptea, astfel inmagazinarea energiei este o chestiune importanta. Puterea vantului si cea a soarelui sunt surse de energie intermitente, ceea ce inseamna ca trebuie folosite atunci cand sunt accesibile si eventual stocate pentru o folosire ulterioara sau transportate in locuri unde pot fi folosite. Puterea vantului si a soarelui sunt oarecum complementare, cu tendinta de mai mult vant iarna si mai mult soare vara, dar in ziele fara vant si fara soare necesarul de energie trebuie obtinut intr-un fel sau altul.

Energia solara poate fi stocata la temperaturi inalte folosind saruri lichide. Sarurile sunt un mediu eficace de inmagazinare deoarece sunt ieftine, au o capacitate specifica de caldura si pot transmite caldura la temperaturi compatibile cu sistemele energetice conventionale. Solar Two a folosit aceasta metoda de inmagazinare de energie, care i-a permis sa stocheze destula caldura in cei 68 m3 ai rezervorului pentru a furniza o productie de 10 Mw pt aproximativ 40 minute, cu o eficienta de 99%.

Sistemele FotoVoltaice "off-grid" (ne conectate la reteaua electrica) au baterii reincarcabile traditionale pentru stocarea electricitatii in exces. Cu sisteme "grid-tied" (conectate la reteaua electrica), energia in exces  poate fi trimisa la reteaua electrica. Pentru energia furnizata retelei se acorda credite de catre compania ce detine reteaua. Aceste credite compenseaza energia necesara cand sistemul nu poate indeplini cererea, folosind efectiv reteaua ca mecanism de stocare.

O alta metoda de stacare este folosirea apei. Cand exista un surplus de energie, apa se pompeaza dintr'un rezervor aflat la un nivel mai mic

Page 12: Surse de alimentare

intr'un rezervor aflat la un nivel (altitudine) mai mare. Cand cererea de energie este mai mare, apa din rezervorul de la nivelul ridicat este eliberata, pompa devenind turbina si motor pentru un generator hidroelectric.

Energia electrica

Energia electrica reprezinta capacitatea de actiune a unui sistem fizico-chimic.Aceasta energie prezinta o serie de avantaje in comparatie cu alte forme de energie,si anume:

- producerea energiei electrice in centrale electrice are loc in conditii economice avantajoase;

- energia electrica poate fi transmisa la distante mari prin intermediul campului electromagnetic, fie direct prin mediul inconjurator, fie dirijat prin linii electrice;

- la locul de consum, energia electrica poate fi transformata in conditii economice in alte forme de energie;- energia electrica poate fi divizata si utilizata in parti oricat de mici, dupa necesitati;

Dezavantajul pe care il prezinta energia electrica in comparatie cu alte forme ale energiei consta in aceea ca nu poate fi inmagazinata. Energia electrica trebuie produsa in momentul cand este ceruta de consumatori.

Producerea energiei electrice se realizeaza prin transformarea altor forme de energie:

- transformarea energiei chimice a combustibililor in turbine cu aer, gaz, motoare cu ardere interna;

- transformarea energiei potentiale sau cinetice a apelor;- transformarea energiei atomice;

Page 13: Surse de alimentare

- transformarea altor forme de energie: maree, solara, eoliana;

Producerea energiei electrice prin transformarea energiei chimice a combustibililor se realizeaza in centrale electrice de termoficare sau centrale termoelectrice.Producerea energiei electrice prin transformarea energiei potentiale sau cinetice a apelor se realizeaza in centrale hidroelectrice care produc energie electrica pe cale hidrautica. Aceasta sursa de nergie este economica si inepuizabila.Energia electrica este transportata la distanta printr-un sistem de retele electrice, la diverse tensiuni: 110 kV, 220 kV, 400 kV si chiar peste 800 kV. Transportul energiei electrice se face fie prin linii aeriene, fie prin cabluri subterane.La tensiunea de 110 kV, stalpii de sustinere au peste 25 m inaltime, fiind plasati la intervale de circa 300 m; la 220 kV ei au inaltimea de peste 35 m, intervalul fiind circa 350m; la 400 kV, inaltimea poate ajunge la 50 m, distanta intre ei fiind de peste 350 m. In anumite situatii, cum sunt de exemplu trecerile peste ape, ei pot atinge inaltimi mai mari.Cablurile subterane sunt folosite in localitatile urbane si acolo unde costul suplimentar este justificat de alte consideratii, cum ar fi cel estetic de pilda. Un cablu subteran de inalta tensiune necesita instalatii de racire si instalatii suplimentare pentru evitarea pierderilor in pamant. Din acest motiv el este mult mai scump decat o linie aeriana.Liniile aeriene sunt confectionate din conductoare de cupru, aluminiu cu miez de otel si cadmiu-cupru. Conductoarele din cupru sunt folosite la toate tensiunile; pentru deschideri mari se utilizeaza cele din cadmiu-cupru care au o mare rezistenta mecanica.Conductoarele din aluminiu cu miez de otel sunt folosite in special in cazul tensiunilor inalte. Exista tendinta ca aluminiul sa inlocuiasca cuprul, datorita costului sau mai scazut.Conductibilitatea electrica variaza cu temperatura pentru cele mai multe dintre materiale. In general pentru conductoare ea descreste la cresterea temperaturii.

Page 14: Surse de alimentare

Exceptie fac carbunele si electrolitii, pentru care, la fel ca la majoritatea nemetalelor, conductibilitatea creste la ridicarea temperaturii.In cazul cablurilor subterane sunt necesare straturi de izolatie si protectie. Dintre materialele izolatoare remarcam: hartia impregnata cu ulei, cauciucul natural si sintetic, materialele plastice cum sunt policlorura de vinil sau polietilena (utilizata de obicei in locul cauciucului). Cablurile izolate cu hartie pot fi utilizate pana la 400 kV, in timp ce cablurile izolate cu cauciuc sau materiale plastice, numai pana la 11 kV.Protectia unui cablu cu izolatie de hartie impregnata este mai intai realizata cu un strat de plumb sau aluminiu pentru evitarea umezelii si apoi cu un strat de bitum armat sau fara armatura metalica, pentru evitarea coroziunii si a distrugerii mecanice. Pentru cablurile izolate cu cauciuc sau materiale plastice protectia este determinata de necesitatile de serviciu.In mod obisnuit, trebuie sa stim daca izolatorul ales corespunde temperaturii la care va lucra. Se definesc in acest scop urmatoarele clase de izolatie:- clasa Y de izolatie, satisfacatoare pana la 90 grade C.

Hartia, bumbacul si matasea netratate fac parte din aceasta clasa;

- clasa A de izolatie, utilizata pana la 105 grade C. Aici sunt incluse hartia, bumbacul si matasea impregnate;

- clasa E de izolatie corespunde temperaturilor pana la 120 grade C. Hartia si tesaturile impregnate fac parte din ea;

- clasa B de izolatie, utilizata pana la 130 grade C. Ea corespunde materialelor folosite in transformatoare si motoare electrice si din ea fac parte asbestul, mica si portelanul;

- clasa F de izolatie corespunde temperaturilor pana la 155 grade C, clasa H celor pana la 180 grade C, iar clasa C temperaturilor mai mari de 180 grade C. In toate aceste clase sunt incluse diverse varietati de sticla, mica si portelan.

Un semiconductor difera de alte materiale electrice conductoare prin faptul ca factorii aditionali pot influenta trecerea curentului prin el. Conductibilitatea sa electrica

Page 15: Surse de alimentare

se situeaza intre cea a unui conductor si cea a unui izolator si creste la ridicarea temperaturii.Proprietatile sale electrice sunt rezultatul structurii sale cristaline si a prezentei impuritatilor. Majoritatea semiconductoarelor, in stare pura, sunt izolatoare, dar introducerea impuritatilor creeaza un surplus de electroni sau o lipsa de elctroni, fiecare din aceste stari permitand trecerea curentului electric. Semiconductoarele utilizate in mod obisnuit sunt germaniul, siliciul, seleniul, oxidul de cupru, sulfura de plumb, arseniura de galiu, fosfura de galiu si carbura de siliciu.

Energia chimica

Energia chimică este o formă de energie potențială datorată asocierii atomilor în molecule și a diferitelor alte feluri de agregare ale materiei. Ea se poate defini pe baza lucrului forțelor electrice ca urmare a rearanjării sarcinilor electrice a electronilor și protonilor în procesul formării legăturilor chimice. Dacă în timpul unei reacții chimice energia sistemului scade, se transferă energie sistemelor înconjurătoare sub diferite forme, de obicei sub formă de căldură. Dacă în timpul unei reacții chimice energia sistemului crește, asta se obține prin conversia altor forme de energie din sistemele înconjurătoare.

Cele mai intalnite echipamente ce transforma energia chimica in energie electrica sunt acumulatorii.

Acumulatorii sunt un mod eficient de a face electricitatea portabilă. In plus, acumulatorii furnizează energie în scopul de a înlocui  energia electrică furnizată de reteaua electrică.

Pe masură ce întregul glob devine dependent de electricitate, mobilitatea bateriilor joacă un rol si mai important în viata de zi cu zi.

Page 16: Surse de alimentare

Cei mai multi istorici situeaza inventia acumulatorului in jurul anului 1800, atunci cand experimentele lui Alessandro Volta au generat curent electric din reacţii chimice între elemente diferite.

Pila voltaica originală folosea discuri din zinc si argint si un separator poros dintr-un material nonconducator, saturat de apa sărată. Experimentele cu diferite combinaţii de metale si electroliti au continuat in următorii 60 de ani.

Johann Ritter a demonstrat pentru prima oara elementele unei baterii reincārcabile in 1802, dar totuşi acestea au rămas o curiozitate de laborator, pāna tārziu, in secolul dinamurilor acţionate cu abur capabile sa le reincarce.

Ĭn prima jumatate a sec XIX experimentele au continuat cu o varietate de combinaţii de materiale cu electrozi pozitivi/negativi si diverşi electroliţi. Abia in anul 1860 stramoşii bateriilor din zilele noastre au fost descoperiţi, respectiv George Leclanche a construit prima baterie din carbon-zinc.  Bateriile secundare datează dupa 1860, cānd Raymond Gaston Plante a inventat bateria plumb-acid.Celula acesteia se baza pe 2 placuţe subţiri separate de o folie de cauciuc. El a rulat această combinaţie si a introdus-o intr-o soluţie diluată de acid sulfuric. Iniţial capacitatea era limitată din cauza placuţei pozitive ce prezenta puţin material pentru a face reacţie.

Pe la 1881, Faure si alţii au creat baterii folosind o pastă de oxid de plumb pentru placa pozitivă, aceasta permiţind o formare mai rapidă.  Din moment ce majoritatea problemelor cu bateriile plumb-acid innundate implicau scurgerea electrolitului, cele mai multe incercări au fost făcute in idea de a elimina acidul liber din baterie. Cercetătorii germani au descoperit la inceputul anilor ‘60 un gel-electrolit pentru bateria plumb-acid ceea ce a constituit o imbunătatire.  

Plumbul este unul dintre primele metale folosite de către oameni, folosirea lui datānd din 6500 I.Ch..

Ţevi de plumb antice au fost descoperite in Egipt datānd din timpul lui Pharaohs ce a folosit plumbul in emailul obiectelor de ceramică.

Plumbul este de obicei asociat cu alte minerale- zinc, cupru, argint-, proprietaţile sale naturale precum masa, maleabilitatea, punct de topire scăzut, rezistenţa la coroziune, proprietaţi electrice si rezistenta indelungată, făcāndu-l indispensabil in industria mondială.

Plumbul are rata cea mai ridicată de reciclare dintre toate materialele industriale din lume. 

Alcătuirea acumulatorului cu plumb

Page 17: Surse de alimentare

O  carcasă din polietilenă  (monobloc)1. Placi interne pozitive si negative, realizate din plumb.2.       Separatori plăci din material poros sintetic.3.       Electrolit, o soluţie diluată din acid sulfuric si apă.4.       Borne din plumb, legătura dintre baterie si  corpul ce are nevoie de energie. 

Procesul de fabricare 

Procesul de fabricare incepe cu producţia carcaselor (monobloc).

Vasul acumulatorului trebuie să reziste la acţiunea electrolitului (H2SO4 diluat) si se execută din sticlă, ebonită, polipropilenă (in cazul acumulatorului de autoturism).

Pentru acumulatorul de 12 V  (pentru autoturisme), monoblocul este imparţit in 6 diviziuni / celule.

Procesul continuă cu realizarea grătarelor de plumb, care in starea asa-numită “neformate” sunt acoperiţi cu o pasta din oxizi de plumb (de exemplu : Pb3O4 si litarga PbO) si placilor din plumb si aliaj din alte metale. Un acumulator trebuie sa aibă placi pozitive si negative pentru a transmite curent. 

Apoi, o pastă formată din oxid de plumb, acid sulfuric si apă este aplicată pe grătare.

Page 18: Surse de alimentare

Materialele expandate alcătuite din diverse pudre sulfuroase sunt adāugate in această pastă pentru a realiza placile negative.  In interiorul bateriei, plăcile pozitive si plăcile negative trebuiesc separate pentru a preveni scurt-circuitele.Separatorii sunt folii de plastic subţiri, folosite ca izolatori intre placile pozitive si cele negative. Porii din separatori permit curentului electric să circule intre placi in timp ce impiedică scurt circuitele.

Ĭn următoarea fază, o placă pozitivă este imperecheată cu o placă negativă si un separator. Acest pachet se numeşte element, şi se gaseşte cate unul in fiecare celulă.

Elementele sunt aşezate in monobloc. Celulele sunt unite printr-un metal ce transmite curentul electric. Bornele de plumb sunt sudate. Dupa aceasta bateria este umplutăă cu electrolit si apoi este fixat capacul. Bateria se verifică de scurgeri

Ultimul pas, este incărcarea. Ĭn timpul acestui proces, bornele bateriei sunt conectate la o sursa de curent si bateria este incarcata mai multe ore la rănd.

Page 19: Surse de alimentare

CUM  FUNCŢIONEAZĂ ACUMULATORUL CU PLUMB?

O baterie ĭnmagazinează energie pentru uz ulterior. Ea produce tensiune dintr-o reactie chimică produsă intre două materiale diferite (placa pozitivă si cea negativă) care sunt introduse ĭn electrolit.

Electrozii sunt cufundaţi intr-o soluţie apoasă de acid sulfuric. Prin aşa-nimita operaţie de “formare” (a carei reţea diferă de la un mod de fabricaţie la altul), care consta in principal in alimentarea cu curent a acumulatorului, electrozii se transformă, plăcile pozitive ajung de culoare cafenie si acoperite cu PbO2, iar plăcile negative cenuşii şi acoperite cu plumb negricios.

Intr-un acumulator normala acid-plumb, tensiunea aproximativa este de 2V /celula, deci un total de 12V. Curentul este degajat de baterie cu atăt mai repede cu cāt există un circuit intre borna pozitivă si cea negativă.

Procesul de descărcarea a acumulatoarelor cu plumb

Descărcarea acumulatoarelor cu plumb comportă următoarele reacţii chimice globale:

Situaţia ĭnainte de descărcare:

Electrod pozitiv (PbO2) H2SO4 Electrod negativ (Pb)

Sensul curentului ĭn element:

Circulaţia ionilor:

H2+ +

SO4 - -

Reacţii chimice la electrozi:

PbO2 + H2 + H2SO4 = PbSO4 + 2H2O Pb + SO4 = PbSO4

Page 20: Surse de alimentare

Situaţia finală a electrozilor:

PbSO4 PbSO4

Concluzie:

Cele două plăci fiind identice, acumulatorul nu mai poate debita curent. Plăcile se sulfatează, concentraţia acidului descreşte.

Cei mai mulţi dintre oameni nu realizează ca un acumulator cu plumb funcţionează pe baza unui proces continuu de ĭncărcare-descărcare. Atunci cănd o baterie este conectată la o sursă ce are nevoie de curent, cum ar fi un autoturism, curentul iese din baterie si bateria incepe să se descarce.

Un acumulator cu plumb ĭncarcat are o t.e.m. de circa 2,2V. Ĭn funcţionare, tensiunea scade destul de repede la Ud = 1,95V, apoi rămāne cătva timp aproape canstantă, scazănd apoi din nou brusc. Cănd tensiunea a ajuns la 1,8V, descărcarea trebuie ĭntreruptă, deoarece sub această valoare reacţiile chimice nu mai sunt reversibile.

*

*autoturism

Procesul de ĭncărcare a acumulatoarelor cu plumb

Page 21: Surse de alimentare

La ĭncărcare, reacţiile chimice sunt inverse:

Situaţia ĭnainte de ĭncărcare:

Electrod pozitiv (PbSO4) H2SO4 Electrod negativ (PbSO4)

Sensul curentului ĭn electrod:

Circulaţia ionilor:

SO4 -- -- H2

+ +

Reacţii chimice la electrozi:

PbSO4 + SO4 + 2H2O = PbO2 + 2H2SO4 PbSO4 + H2 = Pb + H2SO4

Situaţia finală a electrozilor:

PbO2 Pb

Concluzie:

Prin ĭncărcarea acumulatorului se restabileşte situaţia iniţială si concentraţia acidului creşte.

Acumulatorul devine ĭncărcat atunci cănd primeşte iar curent, reinstalind diferenţele chimice dintre plăci.

Pe masură ce acumulatorul se descarcă, plăcile de plumb devin din punct de vedere chimic asemănătoare, acidul devine mai slab şi tensiunea scade.

Acumulatorul se poate reĭncărca total atunci cănd se reinstaleaza diferenţele chimice dintre plăci, iar acumulatorul poate furniza din nou curent.

La ĭncarcare, tensiunea acumulatorului creşte rapid pānă la Ui

=2,2V, apoi scade lent pānă la 2,3V. La sfarşitul ĭncărcării, tensiunea este de 2.6-2,7V.

Page 22: Surse de alimentare

1. CARACTERISTICI ALE BATERIILOR

Din punct de vedere tehnic, bateriile se caracterizează prin:a) tensiune, determinată de numărul elementelor ĭn serie;b) capacitatea elementului (acumulatorului) (ĭn Ah) pentru o

anumită durată de descărcare c) curentul de lucru maxim admisibil (care nu trebuie mult depaşit nici pentru un timp foarte scurt, putănd duce prin efectele lui mecanice la distrugerea plăcilor); d) randamentul energetic ηw = Wdesc/Winc, care este de ordinul 70-80%, din cauza pierderilor de energie prin reacţii chimice secundare (care determină si diferenţa dintre tensiunea medie de ĭncarcare si tensiunea medie de descărcare) si prin efect electrocaloric ĭn rezistenţa lui interioară;

e) randamentul ĭn cantitate de electricitate (ĭn sarcină) ΗQ = Qdesc/Qinc

de ordinul a 85-90%; f) tipul constructiv (adecvat condiţiilor de utilizare si durabilitaţii necesare: acumulatoarele de dimensiuni mici şi durabilitate redusă pentru autovehicule, acumulatoare de dimensiuni mari si durabilitate mare, pentru instalaţii staţionare etc.)

Page 23: Surse de alimentare

Bibliografie:

http://referate.educativ.ro/cautare-referat-energia-chimica.html

http://ro.wikipedia.org/wiki/Energie_solară

http://www.e-referate.ro/referate/Energia_solara2005-03-18.html

http://ro.wikipedia.org/wiki/Energie_electrică

http://www.referat.ro/referate/Energia_Electrica_10cff.html