DISCIPLINA TEHNOLOGII ENERGETICE

REFERAT

Conversia de energieIntroducere

Sistemele fotovoltaice realizeaza conversia directa a energiei radiatiei solare in energie electrica, fara o poluare sonora si fara emisia unor gaze poluante in mediul ambiant. Sistemele fotovoltaice au fost folosite la inceput pentru a echipa satelitii, dupa aceea pe scara mai larga la echiparea ceasurilor electronice precum si a unor calculatoare. In ultimii 20 de ani sute de mii de sisteme fotovoltaice au fost instalate in toata lumea. Ele sunt folosite in orase mici, precum si in sate in care implementarea unui astfel de sistem este mai rentabila decat conectarea la reteaua electrica sau folosirea de baterii / minigeneratoare de curent. Astfel de sisteme au functionat perioade lungi de timp in domenii ca pomparea apei, electrificarea unor localitati sau case izolate, gestionarea unor rezerve de apa, aparate de taxat pentru parcari, telecomunicatii sau protectie catodica. Totusi, in ciuda succesului acestor sisteme in toata lumea piata lor reprezinta numai un procent mic din ceea ce ar putea reprezenta piata de sisteme independente. Motivul principal nu este atat unul care tine de tehnologie cat lipsa de informatie. Existenta sistemelor fotovoltaice si rentabilitatea implementarii lor, atat la nivel urban cat si rural nu este cunoscuta de potentialii utilizatori. Deasemenea, exista conceptii gresite privind tehnologia fotovoltaica, ca de exemplu ideea ca sistemele fotovoltaice functioneaza numai in lumina solara intensa, tehnologia este prea sofisticata sau ideea ca ar fi prea scumpa comparativ cu extinderea retelei electrice. In continuare sunt prezentate exemple de aplicatii fotovoltaice eficiente si fiabile care functioneaza atat in Europa cat si in alte tari ale globului. Se demonstreaza astfel urmatoarele caracteristici ale sistemelor fotovoltaice: - exista locuri unde sistemele fotovoltaice reprezinta cea mai simpla si ieftina optiune pentru alimentarea cu energie electrica; - larga varietate de produse care au fost dezvoltate pentru utilizarea sistemelor fotovoltaice; - zonele unde energia electrica fotovoltaica este atat fiabila cat si testata experimental; - exemple de produse care au un potential ridicat de piata. Aceste exemple pot fi deosebit de valoroase pentru persoanele a caror activitate se desfasoara in zone indepartate de surse coventionale de energie, pentru experti in domeniul surselor de energie regenerabila, precum si pentru toti cei interesati in vastul potential ala acestei tehnologii deosebit de flexibile, care este energia fotovoltaica. Exemplele au fost selectionate dintr-un program al Agentiei Internationale de Energie (IEA).Energia fotovoltaica

1

Notiuni introductive Conversia fotovoltaica Factorii de care depinde eficienta celulelor solare Conversia fotovoltaica în Romania Perspective în producerea curentului electric prin efect fotovoltaic

Notiuni introductive

a) Epuizarea iminenta a rezervelor de combustibil fosil traditional (carbune, petrol, gaze naturale), problema majora pentru populatie. b) Ce trebuie facut, cu ce trebuie compensata epuizarea resurselor fosile ?- criza energetica la nivel mondial a stimulat pretutindeni în lume cercetarile pentru dezvoltarea si valorificarea eficienta a unor surse noi, alternative de energie.- Interes deosebit îl prezinta Soarele.- Pamantul primeste de la Soare 5180 Q=5180*2,93*1014 kWh .- Puterea radiata de Soare în afara atmosferei terestre are o densitate medie de 0,1353 W/cm2 .- La nivelul solului, densitatea puterii radiate scade datorita absorbtiei si împrastierii diferitelor gaze. c) Posibilitati de utilizare a energiei solare prin transformarea ei în alte forme de energie decat cea electrica:- în energie biologica- în energie mecanca- în energie termica d) Calitatea unui dispozitiv de transformare a energiei solare în energie electrica se apreciaza dupa:- eficienta de conversie - pretul de cost al dispozitivului- durata lui de viata

Conversia fotovoltaica

a) Prezentare generala- Antoine Becquerel a descoperit posibilitatea generarii unui curent electric în circuit sub actiunea luminii (în 1839).- Frenkel (1935), Landau (1936) au dat explicatii asupra fenomenului.- Conversia radiatiei solare în energie electrica prin efectul fotovoltaic se realizeaza în celule solare- Se realizeaza direct, fara etape intermediare de transformare în caldura. b) Celula solara- dispozitiv realizat cu materiale semiconductoare.- clasificarea celulelor solare:- dupa natura neomogenitatii– homojonctiune– heterojonctiune- celule cu:

2

- semiconductoare monocristaline- straturi subtiri- policristaline sau amorfe- pe baza de Si cele cu GaAs: dau eficienta de conversie ridicata 18-25%- CdS policristalin, Si amorf hidrogenat: au randamente mai scazute: 5-12% c) Aplicatii în care intervin celule solare ca generatoare electrice- generatoare izolate de mica putere (calculatoare de buzunar, radioreceptoare portabile)- generatoare locale de putere medie (pompe de irigatii, aparate electrocasnice, vehicule electrice)- generatoare de mare putere (pentru alimentarea retelei de curent alternativ)

Factorii de care depinde eficienta celulei solare

O celula fotovoltaica transforma doar o parte din energia radianta în energie electrica, restul se pierde ca urmare a unei serii de procese ce se petrec în timpul conversiei:- procese care intervin cand energia este sub forma de radiatie (pierderi de radiatie)- procese care intervin dupa ce energia radianta a fost transferata semiconductorului- pentru fiecare proces se poate defini cate o “eficienta partiala”· eficienta celulei rezulta ca un produs al tuturor “eficientelor partiale”- patrunderea luminii prin suprafata- absorbtia incompleta- generarea purtatorilor- pierderi de curent datorate recombinarii- pierderi de tensiune<O:P</O:P· jumatate din energia absorbita de la soare se pierde sub forma de caldura· aceasta pierdere face ca maximum de eficienta sa fie în jur de 25%.

Conversia fotovoltaica în Romania

S-au facut cercetari începand din anii ’70 avand urmatoarele obiective:- realizarea de generatoare solare cu caracter demonstrativ- realizarea unei fabricatii de serie mica de baterii solare - dezvoltarea cercetarilor în domeniul bateriilor fotovoltaice. În 1982 I.C.P.E. a omologat primele module fotovoltaice cu celule din siliciu monocristalin produse de I.P.R.S.. S-au facut studii privind celulele fotovoltaice lichide cu electrozi semiconductori si pentru fotoelectroliza apei. Primele baterii cu celule în strt subtire au fost realizate în perioada 1980-1984.

Perspective în producerea curentului electric prin efect fotovoltaic

Energia electrica produsa prin tehnologie fotovoltaica s-a afirmat ca o sursa de electricitate viabila din punct de vedere economic si nu numai. Vanzarile mondiale de sisteme fotovoltaice au atins în 1998 150 MW, dupa un deceniu în care au crescut cu 15-20% pe an.

3

Ajungand la o cifra de vanzari de aproximativ 1 miliard de dolari, industria fotovoltaica a stabilit noi standarde a patruns pe noi piete si si-a demostrat viabilitatea din punct de vedere economic.

Exemple de sisteme fotovoltaice autonomePompare:

Statie de pompare in Africa Statie de pompare apa pentru o ferma de vite Statie de pompare apa pentru sate Fantana solara si moara de apa

Comunicatii: Sisteme de repetare a semnalului in telecomunicatii Statii de amplificare a semnalului TV in zone izolate Turn de supraveghere a padurilor pentru detectarea incendiilor Telefoane de avarie Statii de repetare a semnalului in zone izolate Statii de repetare a semnalului telefonic de urgenta in zone montane de agrement Telefoane pentru urgente in zone montane de agrement

Control: Monitorizarea debitului de gaz Aparat de taxat in parcari Sistem de protectie impotriva coroziunii Lubrificanti pentru calea ferate Masurarea nivelului apei la lacurile de acumulare

Iluminare: Sisteme pentru iluminatul stradal Sisteme pentru iluminatul tunelelor Sisteme autonome pentru iluminat Sisteme pentru iluminatul stradal Iluminarea statiilor de autobuz

Transport Incarcarea acumulatorilor de masina Propulsie electrica pentru barci de vacanta

Semnalizare Geamanduri Faruri maritime

Racire Frigider medical

Instalatii pentru case izolate Case mobile Case de vacanta Vile pentru vacanta Case izolate in Franta Case izolate in Germania Case izolate in Italia

4

Oaza WWF Electrificare rurala cu sisteme fotovoltaice Electrificare rurala cu sisteme fotovoltaice in insule

Generatoare de energie izolate Generatoare izolate de energie Stocarea energiei electrice prin utilizarea hidrogenului pentru sisteme fotovoltaice Ferme in Polinezia Franceza Insulele Cook - proiect de electrificare Refugiu alpin - Les Evettes Mic generator de energie electrica pentru sate Sisteme container Proiectul Valoren Sisteme fotovoltaice pentru altitudine mare Sistem fotovoltaic portabil Sistem hibrid Diesel/fotovoltaic pe o insula mica Electrificarea insulelor izolate

APLICATII FOLOSITE PE PIATA DIN TARA NOASTRA

INSTALATII SOLARE FOTOVOLTAICE

Conversia directa a energiei solare în energie electrica , bazata pe efectul fotovoltaic, constituie, modul cel mai comod de a utiliza energia solara, datorita sigurantei în exploatare si întretinerii usoare.Aceste sisteme sunt indicate în zonele izolate, neracordate la sistemul energetic national, unde pretul racordarii la aceste sisteme este ridicat si nejustificat economic.  

Prin colectoarele solare fotovoltaice se pot alimenta la o casa de vacanta urmatorii consumatori: becuri electrice cu consum redus de energie, aparat de radio si televizor, frigider, pompa de apa submersibila.

Panourile fotovoltaice 1, sunt cuplate la releul de tensiune , care are rolul de a regla modul de încarcare a bateriilor de acumulatoare 3. Pentru a putea utiliza aparatura electrocasnica, care este proiectata sa functioneze la o tensiune alternativa de 220 V, energia electrica stocata în baterii la o tensiune de 24V, curent continuu, este transformata de invertorul 4 si distribuita la prizele de conectare 5.

5

6

7

Model de calcul pentru o putere instalata 3,3 kW/zi

Aparat Buc Putere W/h Ore functionare/zi Consum W/zi

Frigider cu o capacitate de 250 litri, având un consum redus de energie (clasa "A") 1 33 24 792

Becuri cu un consum redus de energie 7 15 7 735

Tv 1 45 10 450

Radio-casetofon 1 15 10 150

Pompa apa 200 W 1 200 1 200

TOTAL       2327

Putere instalatie recomandata       3300

Echipamente necesare  BucPanuri Fotovolatice  170W 10Invertor tensiune  1000 W  1Releu incarcare  OutBack 80A  1Baterii acumulatoare Rolls 12V-106 Ah  10Conductori,sisteme de siguranta  

8

INSTALATII PENTRU INCALZIREA APEI DIN PISCINE

INCALZIREA APEI  DIN  PISCINA  PRIN  UTILIZAREA  COLECTOARELOR SOLARE  PLANE

 

Pentru a mări durata de utilizare a piscinei, pe timpul verii, se pot utiliza cu mare eficienţă colectoarele solare plane. Aceste colectoare solare realizate din ţeavă de Cu şi aripioare, au o eficienţă de circa 3 ori mai mare, decât colectoarele solare realizate din PVC, de culoare neagră, prin faptul că pot funcţiona cu un randament bun şi la radiaţia difuză a soarelui.

       In colectoarele solare legate în paralel, circulă un agent  termic (antigel) antrenat de pompa F, care preia caldura de la radiaţia solară şi o transferă prin intermediul celor două

9

conexiuni H şi K, la schimbătorul de căldură cu tuburi E tip VIESSMANN Turbotec. Pe acest circuit lângă pompa F, se montează şi o supapa se sens O.       Apa din piscina A, este trecută prin sistemul de pompare şi filtrare D şi intră în schimbătorul  E tip Turbotec , de unde preia căldura cedată de colectoarele solare.        In acest mod, volumul de apă din piscină se încălzeşte  cu o temperatură de 5 grade C , peste cea iniţială ( de exemplu de la 15 grade C  la 20 grade C). Temperatura apei din piscina, la intrarea şi ieşirea din schimbatorul E, este măsurată de cele două termometre G, iar supapa de siguranţă  N, asigură o protecţie la suprapresiune în acest circuit. În cazul când nu se doreşte ridicarea temperaturii apei din piscină, se acţionează asupra bypassului L, iar prin  vana C , se realizează golirea bazinului.       Ca elemente noi necesare încălzirii apei din piscina , se iau în considerare cele notate cu roşu,iar celelalte se consideră ca deja există montate.

      Pentru dimensionarea unei instalatii solare destinate încălzirii apei din piscină sunt necesare următoarele date:

Lungimea : Laţimea: Adâncimea apei: Daca piscina este acoperită sau nu: Localitatea unde este amplasată piscina ( pentru a determina intensitatea medie a

radiaţiei solare) Dacă piscina are deja în dotare instalaţie de filtrare şi pompă.

INSTALATII PENTRU PREPARAREA APEI CALDE MENAJERE CU AJUTORUL ENERGIEI SOLARE

Pentru prepararea apei calde prin intermediul energiei solare la gospodariile individuale, case de vacanta, etc. se recomanda, datorita simplitatii ei, o instalatie care utilizeaza un panou solar (colector solar) cu randament energetic ridicat.

Energia solara este gratuita este si poate aduce independenta fata de combustibilii conventionali si va poate crea economii in cheltuielile dumneavoastra pentru apa calda si caldura. Datorita cercetarilor si tehnologiilor aparute in ultimii 10 ani, randamentul panourilor solare sau al bateriilor de colectori a crescut, facand ca amortizarea acestor sisteme complexe de incalzire solare sa se reduca la 3 - 4,5 ani din cei 30 de functionare la parametri tehnici maximi.

De exemplu, pentru un hotel pe litoral, prin economia de pacura utilizata la încalzirea apei menajere, amortizarea s-ar putea realiza într-un singur sezon estival, ca de altfel si în cazul utilizatorilor de butan-gaz.

10

Romania se gaseste într-o zona geografica cu o acoperire solara foarte buna. Soarele ofera pamantului romanesc o cantitate de energie cuprinsa între 900-1200kW/mp/an, iar folosind COLECTOARELE SOLARE puteti sa captati între 550 - 780 kWh/mp/an .

Instalatia poate functiona 24 de ore din 24 pe tot parcursul anului indiferent de anotimp si de temperatura mediului

Pentru a avea o eficienta maxima, panourile solare trebuiesc orientate spre sud, la un unghi de 45 grade.

In cazul temperaturilor atmosferice foarte scazute, datorita termoizolatiei cu care este prevazut boilerul de stocare al apei calde , pierderea de temperatura a apei din boiler este de aproximativ 1 grad C - 4 grade C in 24 ore.

Se poate calcula cu precizie ca prin investirea si implementarea sistemelor de încalzire a apei cu ajutorul radiatiilor solare se poate face o economie de carburanti care poate depasi 60% din consumul actual.

În cazul unor centrale termice de bloc sau a unor institutii (hoteluri, spitale, camine de batrâni, camine studentesti, case de copii si gradinite, cazarmi militare, fabrici, sere, service si spalatorii auto, gari si depouri a cailor ferate, etc) boilerele solare se pot monta in serie, iar din calculele efectuate , achizitionarea acestei instalatii se poate amortiza in maxim 36 luni.

Pentru o familie de 4-5 persoane, este indicata montarea unei instalatii de preparare a 300 litri de apa calda compusa din urmatoarele elemente:•  Colector solar din tuburi vidate cu o suprafata de 2 mp, care asigura o mare eficienta energetica•  Boiler bivalent cu o capacitate de stocare de 300 litri•  Sistem de pompare •  Microcalculator destinat controlarii întregului proces de încalzire al apei•  Sisteme de conectare pe acoperis al colectoarelor solare•  Conducte de legatura din cupru, supape de siguranta, fitinguri•  Lichid circuit primar rezistent la inghet pana la -35 grade C 

Pentru a asigura o eficienta sporita a utilizarii energiei solare, se poate utiliza tehnologia tuburilor vidate care pot asigura o capacitate de absorbtie energetica de 786 kWh/mp, fata de 500 kW/mp obtinut prin colectoarele solare clasice.

11

CANTITATEA DE GAZE POLUANTE CARE NU MAI SUNT ELIMINATE PRIN UTILIZAREA ENERGIEI SOLARE LA PREPARAREA A 2000 LITRI DE APA CALDA MENAJERA LA UN COMPLEX TURISTIC

Instalatie destinata prepararii apei calde prin termosifon care asigura necesarul pentru 2-3 persoane

Descriere Buc

Panou solar 2,0 mp 2

Boiler manta dubla 200 litri 1

Vas expansiune 1

Ventil aerisire 1

Lichid circuit primar (litri) 20

Pe timp de noapte sau in zilele foarte înnourate, instalatia poate functiona si electric, iar consumul de energie prin utilizarea termostatului va fi minima, chiar daca rezistenta electrica se va afla in permanenta sub tensiune. Precizam ca acest tip de boiler solar (cu exceptia rezistentei electrice) nu are in componenta sa nici o piesa care sa functioneze mecanic sau electronic. Drept urmare nu exista practic componente care sa se deterioreze in timp si sa puna in imposibilitate de functionare instalatia.

12

Instalatie solara destinata preparaii a 1000 litri/zi apa calda montata la o pensiune din Bran-Simon

Panouri solare cu tuburi vidate destinate prepararii apei calde la Clubul Sportiv din Mun. Targu Secuiesc

13

SISTEME DE INCALZIRE A APEI MENAJERE PRIN TUBURI VIDATE

Colectoare solare cu tuburi vidate montate pe acoperisul unei cladiri

14

15

16

AVANTAJELE ECONOMICE PRIVIND UTILIZAREA ENERGIEI SOLARE LA PREPARAREA APEI CALDE MENAJERE Reducerea consumului de energie pe timp de vara cu 100%, iar pe întreg anul cu 60% Timp de amortizare a investitiei în maxim 3-5 ani, tinând cont de evolutia pretului gazului metan pâna în 2007 Eliminarea poluarii atmosferei cu CO2 Se utilizeaza o energie gratuita si inepuizabila

Ca in toate tarile din U.E, România va trebui sa joace un rol important in implementarea sistemelor ecologice mai cu seama datorita faptului ca s-a angajat sa respecte atât Protocolul de la Montreal privitor la protejarea stratului de ozon din atmosfera, cat si diminuarea nivelului emisiilor de gaze ce produc efectul de sera, angajament luat la Conferinta de la Kyoto.

Guvernul Romaniei a aprobat "Strategia nationala pe termen mediu" (2001-2004) , având ca obiectiv crearea unor piete eficiente de energie, a caror dezvoltare sa fie realizata în mod durabil, cu respectarea standardelor UE privind utilizarea eficienta a energiei si protectiei mediului.

Documentul de pozitie la capitolul 14 "Energie" prezentat de Guvern la negocierile de aderare cu UE, prevede ca "În ceea ce priveste utilizarea surselor regenerabile de energie respectiv, solara, eoliana,geotermala,microhidrocentrale si biomasa, Romania îsi propune sa dezvolte o serie de proiecte de implementare a acestor surse alternative de energie, un rol important avându-l Hotarârea de Guvern 443/2003.

17