Energia solara. Ghid de captare si conversie a energiei solare pentru utilizare.
Autor: Victor Lucian
Editura: Universitara
Format: 17x24 cm
Nr. pagini: 210
Coperta: brosata
ISBN: 978-606-28-0057-4
Anul aparitiei: 2014
DESPRE CARTE
Cartea de fata este impartita in 8 capitole. Capitolul intai prezinta date despre Soare ca cea mai importanta sursa energetica a Pamantului, sursa care asigura existenta vietii pe Pamant. Tot in acest capitol sunt tratate caracteristicile razelor solare, ale undelor electromagnetice care poarta energia transmisa de Soare pe Pamant, fenomenele care se petrec in Soare, ciclul solar si exploziile solare, balanta energetica a energiei totale emisa de Soare care devine utila necesitatilor umane, particularitati ale energiei solare.
Capitolul doi prezinta cele doua tipuri mari de instalatii de captare si conversie a energiei solare: instalatii care produc direct energie electrica si instalatii care produc energie termica. Tot aici sunt prezentate componentele instalatiei de producere a energiei electrice cu panouri echipate cu celule fotovoltaice, dimensionarea componentelor instalatiei, instructiuni de montare si date tehnice a componentelor instalatiei. Alte tipuri de instalatii de captare a energiei solare sunt prezentate. Prezentarea continua cu instructiuni de exploatare, intretinere si reparare a instalatiilor solare, fotovoltaice si panouri termice cu tevi. Noutati privind marirea capacitatii de stocare a energiei sunt prezentate la sfarsitul acestui capitol.
Capitolul trei prezinta masuratori si observatii efectuate de autor pe panouri fotovoltaice de diferite puteri, valabilitatea acestora si corectitudinea lor. Studi, masuratori, teste efectuate de autor pe instalatii componente de sistem de producere energie electrica si concluzii rezultate sunt descrise. Aceleasi informatii sunt furnizate pentru panourile termice de producere a apei calde. Dependenta productiei de energie este influentata de factorii prezentati. Costuri de producere a energiei cu panouri solare sunt analizate. Sunt stabilite perioadele de recuperare a costului investitiei
Capitolul patru prezinta modul de determinare a potentialului energetic solar local si determinarea potentialului energetic solar pentru intreg teritoriul Romaniei. Incalzirea globala realitate sau pacaleala, este o intrebare la care nu s-a dat un raspuns deocamdata.
Capitolul cinci prezinta particularitati constructive ale casei alimentate cu energie de la Soare, detalii constructive si avantaje ale productiei individuale de energie comparativ cu producerea, transportul si distributia centralizata de energie. Sunt prezentate modalitati de economisire a terenurilor agricole prin amplasare panourilor in zone disponibile, neincluse in circuitul agricol de productie.
Capitolul sase prezinta alte modalitati si scopuri de utilizare a energiei solare utile activitatilor omului, printre care: transporturi, gatit, incalzit, incarcarea acumulatorilor dispozitivelor mobile, purificarea apei potabile, etc. Am prezentat mai sus aplicatii practice care utilizeaza energia solara transformata in energie care satisface utulitati care deservesc de la cerintele unni sngur om, de la banalul incarcator al unui telefon mobil la necesarul de consum al intregii populatii a globului. Prin aceasta am vrut sa arat ca avem suficente resurse energetice nepoluante, regenerabile, gratuite, puse la dispozitie de natura. Atunci de ce sa poluam inutil mediul inconjurator in care ne desfasuram intrega viata? Inginerii si tehnicienii au dat solutia. Politicienii nu vor sa o accepte sa fie pusa in practica din cauza unor interese meschine care sunt mai presus decat viata si sanatatea populatiei intregii planete. Pentru politicieni conceptul de dezvoltare durabila este prea abstract si ideal pentru a fi transformat in realitate.
Capitolul sapte prezinta preocupari actuale ale cercetatorilor de captarea si producere a energiei din intuneric.
CUPRINS
Introducere 9
Rezumat de prezentare a cartii 13
1. Soarele ca sursa de energie. Particularitati 13
1.1. Sistemul solar termic 13
1.1.1. Energia solara, ca sursa inepuizabila 13
1.1.2. Ciclul solar si exploziile solare 16
1.1.3. Lumina ca radiatie electromagnetica purtatoare de energie 19
1.1.4. Interactiunea radiatiei solare cu atmosfera 22
1.1.5. Bilantul energetic al energiei solare 24
1.1.6. Atmosfera, invelisul gazos al Terrei 28
1.2. Particularitati ale energiei solare 29
1.2.1. Consideratii privind radiatia solara 29
1.2.2. Distributia energiei solare pe teritoriu 32
1.2.3. Compozitia spectrala a radiatiei solare 34
1.2.4. Captarea raditiei solare 35
2. Instalatii de captare, conversie si stocare a energiei solare 40
2.1. Instatatii de producere a energiei electrice. Panouri echipate cu celule fotovoltaice 40
2.1.1. Componentele instalatiei de producere a energiei electrice cu panouri echipate cu celule fotovoltaice 42
2.1.1.1. Dimensionarea componentelor instalatiei 43
2.1.1.2. Instructiuni de montare si date tehnice a componentelor 45
2.1.1.3. Regulatorul automat electronic de incarcare a bateriei 48
2.1.1.4. Bateria 55
2.1.1.5. Invertorul 56
2.1.1.6. Legaturile electrice 61
2.1.1.7. Modalitati de conexiuni 63
2.1.2. Dimensionarea instalatiei la cutremure de pamant 65
2.2. Instalatii solare de producere energie termica, apa calda 67
2.2.1. Componentele instalatiei de produs apa calda 68
2.2.2. Dimensionarea instalatiei 72
2.2.3. Instructiuni de montare a componentelor instalatiei 75
2.3. Alte tipuri de instalatii de captare a energiei solare 77
2.3.1. Centrale termice solare cu vant ascensional 77
2.3.2. Centrale termice solare cu vant descensional 77
2.3.3. Panouri termice cu sisteme de imagazinare a caldurii 78
2.3.4. Instalatie de reflectie a radiatiei calorice solare 79
2.3.5. Colectoarele cu jgheaburi parabolice 83
2.3.6. Cea mai mare instalatie solara cu oglinzi 85
2.3.7. Centrale cu iaz solar sau gradient diferit 88
2.4. Tehnologie noua si randament 91
2.5. Noutati privind marirea capacitatii de stocare a energiei 93
3. Masuratori si observatii efectuate de autor 98
3.1 Panouri fotovoltaice. Studi, masuratori, teste efectuate de autor pe instalatii componente de sistem si concluzii rezultate 98
3.1.1. Determinarea calitatii dupa performantele realizate 98
3.1.2. Dependenta curentului 99
3.1.3. Obtinerea eficientei maxime 101
3.1.4. Compatibilitatea componentelor sistemului 102
3.1.5. Functia de izolare, modalitate de crestere a eficientei 103
3.2. Panouri termice cu tevi 105
3.2.1. Descrierea instalatiei folosite 106
3.2.2. Masuratori in functie de regimul de consum 106
3.3. Valabilitatea si corectitudinea observatiilor si masuratorilor efectuate 110
3.4. Costuri de producere a energiei 111
3.5. Recuperarea costului investitiei 112
3.6. Instructiuni de exploatare, intretinere si reparare a instalatiilor solare si panouri termice cu tevi 115
3.6.1. Instalatii solare fotovoltaice 115
3.6.2. Panouri termice cu tevi 118
3.7. Materiale utilizate pentru executia instalatiilor de conversie producere energie electrica si/sau termica din sursa solara 120
4. Determinarea potentialului energetic solar local 123
4.1. Generalitati 123
4.2. Determinarea potentialului energetic solar in Romania 128
4.3. Incalzirea globala - realitate sau pacaleala? 132
5. Particularitati constructive ale casei alimentata cu energie de la Soare 134
5.1. Detalii constructive 134
5.2. Recomandari practice pentru executia unei locuinte 135
5.3. Conceptul de locuinta “pasiva” din punct de vedere energetic 137
5.4. Avantaje ale productiei individuale de energie 138
5.5. Modalitati de economisire a terenurilor agricole 140
6. Alte domenii de utilizare a energiei solare 144
6.1 Aparate de zbor 144
6.1.1. HB-SIA sau Solar Impulse - Date tehnice si istorice 145
6.1.2. Schema de conceptie proprie de producere a energiei electrice pentru aparate de zbor 147
6.1.3. Alte proiecte de aparate de zbor 148
6.1.4. Balonul solar 149
6.2. Aparate de navigatie pe apa 151
6.3. Automobile terestre 152
6.3.1. De ce este necesara schimbarea tipului de alimentare? 156
6.4. Trenuri cu tractiune electrica alimentate cu energie solara 158
6.5. Iluminat ornamental din parcuri si gradini 158
6.6. Iluminat stradal 159
6.6.1. Varianta 1 160
6.6.2. Comanda automata a functionarii corpului de iluminat 161
6.6.3. Avantajele variantei prezentate 162
6.6.4. Varianta 2 163
6.6.5. Varianta 3 165
6.6.6. Semnalizarea semnelor de circulatie in timpul noptii 166
6.7. Incalzirea pasiva a cladirilor 167
6.7.1. Incalzirea pasiva a cladirilor 168
6.7.2. Incalzirea cu aer cald a cladirilor 170
6.7.3. Incalzire solara cu apa 172
6.8. Alimentarea cu energie electrica si apa in locuri izolate 177
6.9. Masini de gatit si cuptoare solare 178
6.10. Purificarea apei potabile 179
6.11. Energia solara folosita in razboi 179
6.12.Incarcarea acumulatorilor diferitelor dispozitive mobile 180
6.13. Masdar - primul oras din lume in intregime ecologic 182
6.14. Reducerea poluarii 184
6.15. Planificari, finantari si investitii pentru energie verde, prezent si viitor 185
6.16. Aeroportul “verde” 188
7. Captarea si producerea energiei din intuneric 192
7.1. Existenta energiei in orice spatiu 192
7.2. Captarea energiei 194
7.3. Fotosinteza 198
7.4. Poluarea aerului si fotosinteza 200
7.5. Radiatia solara in orase 201
7.6. Procese cheie ale fotosintezei simulate la nivel cuantic 202
Anexe 205
Bibliografie 208
INTRODUCERE:
Pamantul primeste energia necesara desfasurarii tuturor activitatilor inclusiv viata, de la Soare. Durata de viata a Soarelui este estimata la inca 5 miliarde de ani, de aici incolo, ceea ce conduce la concluzia ca, pe scara noastra a timpului, el reprezinta o energie inepuizabila si deci regenerabila. Energia totala captata de scoarta terestra estimata este de 720.000.000 TWh/an. Disponibilitatea acestei energii depinde de ciclul zi-noapte, de latitudinea locului unde este captata, de anotimpuri si de patura noroasa existenta, interpusa intre Pamant si Soare. Exista mai multe modalitati de captare/si conversie a energiei solare. Energia solara poate fi captata cu ajutorul captatorilor termici si stocata in acumulatoare termice sub forma de energie termica sau poate genera electricitate cu ajutorul panourilor fotovoltaice, echipate cu celule fotovoltaice.
Potentialul energetic instantaneu total teoretic al soarelui masoara 105 TW. Daca tinem seama ca atmosfera terestra absoarbe si reflecta o mare parte din aceasta energie (cca 60 % din total captat), ca eficienta conversiei direct din energie solara in energie electrica este mica (de cca 20 %, conform tehnologiilor si echipamentelor actuale), ca numai 1 % din iradiatia emisa este captata la nivelul solului, potentialul practic total este de cca 25-30 TW. Echipamentele actuale au atins la varf, o eficienta a conversiei direct in energie electrica de 35 %, iar pentru panouri solare de incalzire de 50-70 %.
Panorile solare folosesc ca sursa energia solara difuza care este gratuita si inepuizabila. Acestea pot asigura 60-70% din nevoia de apa calda menjera pe an a populatiei globului si poate sa functioneze tot timpul anului. Sistemele solare bazate pe colectoarele solare gravitationale care functioneaza in perioada primavara-toamna sunt si ele din ce in ce mai raspandite. Imaginatia omului a ajuns pana acolo incat a folosit energia solara pentru utilizari din cele mai diverse. Lampile solare artizanale pot fi gasite sub forma de set de pitici de gradina, sau alte forme si sunt ideale pentru iluminarea gradinilor, pajistilor, aleilor, foisoaielor.
Soarele este fara indoiala o vasta sursa de energie. Intr-un singur an, el trimite spre pamant de 20.000 de ori mai multa energia decat cantitatea necesara de consum a intregii populatii a globului, de 15,7 TWh. In numai trei zile, pamantul primeste de la soare echivalentul energiei existente in rezervele geologice energetice de combustibili fosili cunoscute in prezent. Energia solara reprezinta una din potentialele viitoare surse de energie, folosita fie la inlocuirea definitiva a surselor conventionale de energie cum ar fi: carbune, petrol, gaze naturale etc., fie la folosirea ei ca alternativa la utilizarea surselor de energie conventionale mai ales pe timpul verii, cea de a doua utilizare fiind in momentul de fata cea mai raspandita folosire din intreaga lume. Energia solara ce atinge suprafata Pamantului intr-o ora este suficienta pentru a satisface nevoia de energie a tuturor locuitorilor de pe Pamant pentru o perioada de un an de zile! Marele avantaj al energiei produse cu surse solare este ca pretul ei scade rapid si se estimeaza ca in maxim doua decenii, energia electica produsa cu resursa solara va concura cu energia electica conventionala obtinuta din combustibili fosili.
Poate cel mai evident avantaj, in vederea utilizarii acesteia, este acela de a nu produce poluarea mediului inconjurator, deci este o sursa de energie curata; un alt avantaj al energiei solare este faptul ca sursa de energie pe care se bazeaza intreaga tehnologie este gratuita. In plus, un ajantaj de necontestat este acela al sigurantei si stabilitatii functionarii instalatiilor de captare si conversie, datorita faptului ca nu au in componenta piese in miscare si nu necesita lucrari de intretinere. Procesele tranzitorii in componentele sistemului de converise de la o stare la alta se produc instantaneu. Dintre toate sursele de energie care intra in categoria surselor ecologice si regenerabile cum ar fi: energia eoliana, energia geotermala, energia mareelor; energia solara se remarca prin instalatiile simple, sigure si cu costuri reduse ale acestora la nivelul unor temperaturi in jur de 100°C, temperatura folosita pentru incalzirea apei cu peste 40?C peste temperatura mediului ambiant, instalatii folosite la incalzirea apei menajere sau a cladirilor. De aceea, este deosebit de atractiva ideea utilizarii energiei solare in scopul incalzirii locuintelor si se pare ca acesta va fi unul dintre cele mai largi domenii de aplicatie a energiei solare in acest secol si urmatorul. Tehnologia de fabricatie a echipamentului pentru instalatiile solare de incalzire a cladirilor este deja destul de bine pusa la punct intr-o serie de tari ca Japonia, S.U.A., China, Australia, Israel, Rusia, Franta, Canada si Germania.
Romania se gaseste intr-o zona geografica cu acoperire solara buna cu un flux anual de energie solara cuprins intre 1000 kWh/m²/an si 1300 kWh/m²/an. Din aceasta cantitate de energie se pot capta intre 600 si 800 kWh/m²/an. Radiatia medie zilnica poate sa fie de 5 ori mai intensa vara decat iarna. Dar si pe timp de iarna, in decursul unei zile senine, se pot capta 4 - 5 kWh/m²/zi, radiatia solara captata fiind independenta de temperatura mediului ambiant.
Unele aspecte ale energiei solare constituie o problema pentru unii, fiind insa o oportunitate pentru altii. Pentru simplul fapt ca soarele straluceste deasupra fiecarui acoperis al fiecarei case, acesta poate fi un exemplu de avantaj pentru oamenii de rand si pentru folosirea energiei solare la nivel individual, nu numai in marile companii dotate cu echipamente speciale de captare si prelucrare a razelor solare, echipamente ce ar fi asezate pe suprafete mari de teren.
Avantajele sunt multiple: un profit crescut considerabil, o stare de sanatate mai buna a oamenilor determinata de lipsa poluarii, sau daca nu, macar de diminuarea ei. Avantajul utilizarii energiei solare este faptul ca aceasta este inepuizabila, fiind si una din cele mai “curate” forme de energie.
Nivelul de insolatie reprezinta cantitatea de energie solara care patrunde in atmosfera si ajunge pe suprafata pamantului. Aceasta cantitate de energie solara variaza in functie de latitudine, altitudine si perioada a anului. Nivelul de insolatie este exprimat ca media zilnica lunara/anuala in kWh /m².
Toate avantajele energiei solare prezentate mai sus m-au determinat sa incep ciclul manualelor “ghid” de folosire a energiilor din natura, regenerabile, nepoluante, gratuite, pe care am intentia sa le scriu si public in urmatoarea perioada de timp. Cartea se adreseaza atat celor ce sunt interesati sa-si construiasca singuri o instalatie care sa le asigure o independenta energetica, cat si doritorilor de cunoastere de capabilitatea energiei solare.
DESPRE AUTOR:
Autorul este nascut la Arad unde a terminat liceul teoretic. Studiile superioare le-a facut la Universitatea Politehnica din Timisoara, la Facultatea de Electrotehnica. A lucrat pe santierele energetice, in perioada anilor 1969-1989, la centralele termoelectrice de la Rovinari, Turceni, Paroseni, Isalnita - Craiova, Arad, Anina, Mintia - Deva, hidrocentralele Tismana, Valea Mare, centrala Nucleara de la Cernavoda, ocupand functii de la simplu inginer de montaj si puneri in functiune a instalatiilor, la director de santier si inspector. Cu experienta practica acumulata, dupa 1989, a depus apoi o activitate de initiere, realizare si conducere a programelor de modernizare a sistemului energetic de producere, transport si distributie a energiei electrice, programe finantate cu ajutorul organismelor internationale ca Banca Mondiala si Banca Europeana pentru Reconstructie si Dezvoltare. In perioada 1996 - 2004, a prestat munca de consultant pe probleme de energie al firmelor Lahmayer si Parsons & Co etc. A efectuat studii de fezabilitate si proiecte tehnice la centralele Govora, Brazi, Bacau, Timisoara, Iasi, Combinatul petrochimic Midia - Navodari, privind sistemele de termoficare urbana, alimentarea mai eficiena a consumatorilor industriali tehnologici, reducerea consumului propriu intern de energie electrica si termica. A facut studii de specialitate privind energiile regenerabile in Franta, Marea Britanie, Statele Unite ale Americii, studii organizate de Banca Mondiala sau firme interesate. Aste autorul mai multor carti care trateaza captarea si conversia energiilor regenerabile nepoluante pentru satisfacerea necesarului de energie al oamenilor, in special in conditii de izolare, unde nu exista retea centralizata de energie electrica.