ALIMENTAREA CU ENERGIE ELECTRIC Ă ȘI TERMIC Ă A UNEI CASE [602635]

ALIMENTAREA CU ENERGIE ELECTRIC Ă ȘI TERMIC Ă A UNEI CASE
IZOLATE, DIN SURSE RE GENERABILE DE ENERGIE

ANDREI IULIAN
Universitatea VALAHIA din Târgovi ște
[anonimizat]
Rezumat
Lucrarea a aavut ca scop demonstrarea posibilit ății de alimentare cu energie electric ă și termică a unei case
izolate, folosind numai surse regenerabile de en ergie. S-a calculat necesarul de energie electric ă și termică si s-au propus
soluții de alimentare. Ca și soluții pentru alimentarea cu energie electric ă s-au propus solu ții individuale cum ar fi
alimentarea numai pe baz ă de panouri fotovoltaice sau turbin ă eoliană sau turbin ă hidroelectric ă. O altă soluție care va
asigura o securitate mult mai mare în alimentarea cu energie electric ă este cea a variantei hibride îndeosebi folosirea
combinată a panourilor fotovoltaice, turbinei eoliane și turbinei hidroelectrice. S-a ales ca alimentarea cu energie termic ă sa
se realizeze prin utilizarea panourilor termosol are pentru producerea apei calde de consum si prin folosirea unei centrale cu
biomasa pentru incalzire în perioada de iarn ă. S-a propus folosirea unui sistem de achizi ții de date (SCADA), care va
monitoriza func ționarea la parametrii normali ai sistemului de alimentare cu energie electric ă și termică si care va indeplini
si funcțiile de gestionarea evenimentelor, arhivare și urmărire operativ ă, bilanțuri energetice și urmărire economic ă,
gestiune energetică , analiza postavarie, mentenan ță.
Cuvinte cheie
Surse regenerabile de energie, panou fotovoltaic, panou termosolar, turbin ă eoliană, turbină hidroelectric ă,
centrala termica pe biomasa .
1. Introducere Pentru a p ăstra un echilibru între mediul natural, resursele acestuia și om, este necesar ă o planificare strategic ă a
dezvoltării, astfel încât s ă existe, în permanen ță, un raport stabil între habitatul natural și popula ția umană. Evaluarea
impactului asupra mediului identific ă, descrie și evalueaz ă, efectele directe și indirecte ale proiectului asupra urm ătorilor
factori: fiin țe umane, faun ă și floră, sol, apă, aer, clim ă și peisaj, bunuri materiale ș i patrimoniu cultural, precum și
interacțiunea dintre factorii menț ionați.. Evaluarea impactului asupra mediului constituie unul din instrumentele de baz ă ale
politicilor și legislațiilor moderne de mediu. Cea mai bun ă politică de mediu const ă în prevenirea gener ării poluării la
sursă. Printre efectele devastatoare ale polu ării se înum ără și încălzirea global ă, fenomenul de crestere a temperaturilor
medii inregistrate ale atmosferei in imediata apropiere a solului, precum si a oceanelor. Foarte ingrijorator este insa faptul
ca zonele polare se vor incalzi cel mai mult, ceea ce ar putea avea consecinte dramatice. "Surse regenerabile de energie
(SRE)"- înseamn ă surse regenerabile de energie altele decât combustibilii fosili (eoliene, solare, geotermale, valuri, maree,
hidro, biomas ă, gazul din de șeurile urbane, gazul de la instala țiile de tratare a apelor uzate și biogazul), dup ă cum se
definește în Directiva 77/2001/CEE din 27.09.2001 a Parlam entului European. Sursele de energie regenerabil ă sunt
abundente, larg r ăspândite, nepoluante și disponibile local. Ele provin dir ect sau indirect de la soare și cuprind lumina,
căldura și vântul. Pot fi folosite pentru producerea direct ă a căldurii fără nici un proces de conversie sau pot fi convertite în
electricitate. Tehnologiile de energii regenerabile care folo sesc direct soarele sunt: panouri solare care absorb c ăldura de la
soare pentru a asigura ap ă caldă și celule fotovoltaice care utilizeaz ă lumina solar ă pentru a produce electricitate.
Principalele tehnologii bazate pe surse regenerabile care fo losesc indirect soarele cupr ind: turbinele eoliene care
convertesc aerul în mi șcare în electricitate, utilizarea biomasei, si pompele de c ăldură care concentreaz ă căldura redus ă
absorbită de aer, sol sau ap ă în timpul verii pentru a asigura c ăldura pentru cl ădiri în timpul iernii.

2. Realizarea sistemului de alimentare cu energie electrică
In fig 1 este prezentata schi ța casei din studiul de caz, iar in tabelu l 1 sunt prezentate datele meteorologice
determinante pentru potentialul solar si eolian din zona de amplasament a casei din studiul de caz – zona Sulina.
Amplasamentul dispune de condi ții climatice favorabile instal ării în zona respectiv ă a echipamentelor de producere a
energiei electrice și termice, respectiv radiaț ie solară de 3,6 kWh/m
2/zi și o vitez ă medie a vântului de 6,5m/s valori
rezultate din folosirea softului RetScreen [1].

Fig.1. Schi ța casei

Tabel 1. Poten țialul surselor regenerabile de ener gie in zona de amplasament a casei

2.1. Necesar de energie electric ă
S-a calculat necesarul de energie electric ă totală ajungând la aproximativ 250 kWh/lun ă, rezultatele fiind
prezentate în tabelul 2.

Iluminat = 28.8 kWh/Luna Procent: 12%
Electrocasnice: = 84.75 kWh/Luna Procent: 34%
Climatizare: = 6 kWh/Luna Procent: 2%
Comun icatii: = 77.865 kWh/Luna Procent: 31%
Scule: = 7.5 kWh/Luna Procent: 3%
Altele: = 45 Wh/Luna rocent: k P 18%
=
Total: = 249.92 rocent: kWh/Luna P 100%
Tabel 2.Necesarul de energie electric ă pe lună al consumatorilor
e individual sau in solutie hibrida.Echipamentele necesare realizarii sistemul ui de alimentare cu energie electrica
sunt:
e viata)
aport de
onibile pe pia ță pentru alimentarea cu energie electric ă s-au ales produsele de la firma LP
Electric, prezentate în tabelul 3
2.2. Soluția tehnică. Echipamente folosite
Energia electric ă produsă se bazeaz ă pe produc ția obținută din panouri fotovoltaice, turbine eoliene, turbine hidro
folosit
-Panouri Solare
-Turbina Eolian ă
-Turbină Hidro
-Acumulatori cu ciclu profund ( durata mare d
-Regulator incarcare baterii
-Invertor curent con ținu (DC) la 220 V (AC)
-Cabluri electrice si comp onente diverse, supor ți, etc.
Sistemul are o autonomie de 2 zile, adica poate furniza energia necesara timp de 2 zile chiar dac ă nu există nici un
energie de la panourile solare fotovoltaice, turbin ă eoliană sau hidro.
Din echipamentele disp

Nume Produs Model Cod Produs Preț (€)
Panou Solar ET – 175W LPS00253 781
Regulator de înc ărcare PR3030 LPC00029 110
Generator Eolian WHI-200/24 pv controler LPE00339 2.200
Baterie SB6/330 A LPB00109 398
Invertor SW3024 E LPI00046 2.276
Turbină Hidro Francis LPH00058 2.281
Tabelul 3 Estim ări financiare, p țul pe echipamente individuale re

Pentru alimentarea cu energie electric ă se consider ă folosirea mai multor variante respectiv: -Varianta solar ă –
Tabel 4; ta eoliană – Tabel 5 ; Varianta hidroelectric ă – Tabel 6 ; -Varianta hibrid ă – Tabel 7 Varian

Nume Produs Model Cod Produs Nr. Buc .
Panou Solar ET – 175W LPS00253 14
Regulato r de încărcare PR3030 LPC00029 3
Baterie SB6/330 A LPB00109 8
Invertor SW3024E LPI00046 1
Tabel 4 Varianta Solar ă

Nume Produs Model Cod Produs Nr. Buc.
Generator Eolian WHI-200/24 pv controler LPE00339 1
Baterie SB6/330 A LPB00109 8
Invertor SW3024E LPI00046 1
Tabel 5 Varianta Eoliană

Nume Produs Model Cod Produs Nr.Buc.
Turbină Hidro Francis LPH00058 1
Regulato r de încărcare PR3030 LPC00029 1
Baterie SB6/330 A LPB00109 8
Invertor SW3024E LPI00046 1
Tabel 6 Va nta Hidro ria

Nume Produs Model Cod Produs Nr.Buc
Panou Solar ET – 175W LPS00253 4
Regulator de înc ărcare PR3030 LPC00029 2
Generator Eolian WHI-500/24 pv controler LPE00339 1
Turbină Hidro Francis LPH00058 1
Baterie SB6/330 A LPB00109 8
Invertor SW3024E LPI00046 1
Tabel 7 Varianta Hibrid ă

Tip Variant ă Cost V Euro ariantă
Solară 16724
Eoliană 7660
Hidroelectric ă 7851
Hibridă 13285
Tabel 8 Estim ări fi nciare pe variante na

Desi are costuri mai ridicate, s-a ales varianta hibrid ă, sistemul asigurand o securitate mai mare in alimentarea cu
energie electric ă decât în cazul celorlalte variante. Daca se opteaza pentru solutia „eolian” sai „hidro” din motive
economice este necesar și un generator diesel care s ă asigure necesarul de energie electric ă în situațiile când fie nu bate
vântul, fie iarna apar situa ții de înghe ț a apei sau e xista defectiuni ale sistemul ui bazat per regenerabi le. Alegând varianta
hibridă n mai este nevoie de un generator diesel. u

3. Realizarea sistemului de alimentare cu energie termica
3. 1. Necesarul de energie termică
S-au urmărit pașii de calcul: caracteristicile geometrice ale cl ădirii, respectiv volumul construit m ăsurat la exterior
(Ve), volumul înc ălzit (V), suprafa ța utilă încălzită AN, suprafa ța totală a anvelopei (A),caracteristicile termotehnice ale
elementelor ce constituie anvelopa cl ădirii, prin rezisten ța medie a elementelor constructive (m2K/W), num ărul de grade
zile anua (K zile);rata ventil ării naturale n = 0,5/r1.Temperatura camerelor este men ținută constant la +20°C. l

Necesarul de caldura orar pentru înc ălzire [kW]
Camera de zi BucatărieDormi tor 1 Dormi tor2 Baie Hol Dressing Subsol
Parter 2,601 2,544 0,635 3,498 .
Etaj – – 2,9127 2,9127 1,372 3,433 0,686 1,356
Total pe clădire
21 5 ,9

Tabel 9 Necesarul orar pentru înc ălzire

Necesarul de caldura
Orar [kW] Anual [kW]

Încălzire Apă caldă de
consum Total Încălzire Apă caldă de
consum Total
1 Clădire 21,95 1,8304 23,78 21,95×103 6,201×106 28,151×109
Tabel.10. Necesarul final pentru inc ălzire și apă caldă de consum

3.2. Soluția tehnică. Echipamente folosite
Ținând cont de amplasamentul cl ădirii, respectiv de o zon ă relativ izolat ă, s-a considerat c ă soluția cea mai
avantajoas ă pentru satisfacerea necesarului de energie termic ă este cea a amplas ării centralelor termice pe biomas ă folosind
drept combustibil lemnul si peletele, putere termic ă furnizată 25 kW.

Fig 2. –Centrala Supraclass SW 25KW+Accesorii+Boiler150LPROM

S-a ales centrala Supraclass SW25KW –fig. 2, cu specifica țiile tehnice:
• Putere termic ă =25 kW
• Volum camer ă de alimentare =132 litri; dimensiuni camer ă alimentare LxH =430×240 mm
• Consum lemne (la putere nominala si umiditate <20%) =7,4 kg/h
• Temperatur ă maximă admisă pe tur =90 grd C; Presiune de lucru admisa =3 bar
• Randament normat: pân ă la 85%; lungime maxim ă lemn =500 mm
Putere electric ă consumat ă =50 W; clasa protec ție electric ă:IP21Temperatura gaze arse =170-190°C
Pe sezonul de vară necesarul de ap ă caldă menajeră va fi asigurat cu un panou termosolar- fig. 3 care cost ă 1000
Euro

Fig 3- Panou Termosolar
3.1.Estim ări financiare
Costul centralei este de 1000Euro pe pia ță iar al combustibilului folosit respectiv biomasa lemn/peleț i:300Euro pe
sezonul rece, iar costul unui panou solar este de cca 1000Euro.

4.Estimarea costurilor necesare pentru alimentarea cu energeie electric ă și caldură
Luând în considera ție varianta hibrid ă atat pentru alimentarea cu energie electric ă, cât și pentru alimentarea cu
energie termic ă se estimeaz ă că valoarea investi ției este de 17285 Euro – tabelul 11

Tip produs Cost pe tip de produs (€)
Varianta Hibrid ă 13285
Panou Termosolar 1000
Centrală Termică 1000
Costuri de manoperă , instalare, accesorii 2000
Cost Total(€) 17285

5. Sisteme de achizitii de date
Un sistem de achizi ție de date trebuie s ă poată executa trei func ții fundamentale: convertirea fenomenului fizic
într-un semnal care poate fi m ăsurat; măsurarea semnalelor generate de senzori în scopul extragerii informa ției; analizarea
datelor și prezentarea lor într-o form ă utilizabil ă. Principalele func ții SCADA prin implementarea c ărora se asigură
creșterea eficien ței în func ționarea sistemelor energetice (SE), sunt urm ătoarele:Urm ărire operativ ă, alarmare operator,
gestionarea evenimentelor, arhivare și urmărire operativ ă, bilanțuri energetice și urm ărire economic ă, gestiune energetic ă,
analiza postavarie, timpii de func ționare a agregatelor, diagnoza pe instala ții, mentenan ță. Structura unui sistem de achizitii
de date este prezenta in fig. 4.
In cazul alimentarii locuintei cu energie electrica si te mica produsa local din surse regenerabile de energie este
necesara implementarea unui sistem de achizitii de date.
SISTEM F IZIC
MĂRIME FIZIC Ă SENZOR
Fig.4 – Structura unui sistem de achizitii de date
6.Concluzii
Alimentarea cu energie electric ă și termică a unei locuinte aflata intr-o zona izolat ă folosind in exclusivitate surse
regenerabile de energie poate constitui o solutie fezabila tehni c si economic in conditiile in care aceasta cladire se afla amp lasata
intr-o zona cu un bun potential solar si eolian.
Pentru alimentarea cu energie electrica s unt preferabile sistemele hibride fotovolta ice si eoliene, la care daca exista si
posibilitatea utilizarii potentialului hidro, se obtine o mai mare s ecuritate in alimentarea cu energie electrica, indiferent d e
conditiile meteorologice si hidrologice ale anului respectiv. De asemenea, alimentar ea cu energie termica bazata pe utilizarea
panourilor termosolare pentru producerea apei calde de consum si pe folosirea unei centrale cu biomasa pentru incalzire se
dovedeste a fi o solutie viabila.
S-a propus folosirea unui sistem de achizi ții de date (SCADA), care va monitoriza func ționarea la parametrii normali ai
sistemului de alimenta re cu energie electric ă și termică si care va indeplini si funcț iile de gestionarea evenimentelor, arhivare și
urmărire operativ ă, bilanțuri energetice și urmărire economic ă, gestiune energetic ă, analiza postavarie, mentenan ță.

7.Bibliografie
[1] www.retscreen.com
[2]www.casaautomatic.go.ro
[3]www.anre.ro
[4] www.energie renovelables/filiere/solaire/solaire.com
[5]www.lpelectric.ro
[6]www.wikipedia.com
[7]www.e-lee.ro SEMNAL
ELECTRIC
CU ZGOMOTCIRCUITE DE
CONDITIONAR
E
SEMNAL
AMPLIFICAT ȘI
FILTRAT CONVERTOR
A/D
SEMNAL
DIGITIZAT CALCULATOR
CODBINAR