Conversia pe scară largă a energiei solare [311418]

Capitolul 1

Conversia pe scară largă a energiei solare

1.1 [anonimizat] a Pământului, [anonimizat] 1010 stele.

Caracteristicile Soarelui sunt următoarele:

– temperatura medie a suprafeței Ts=5762±50K;

– temperatura în centrul său este Tc=1,5·107K;

– raza r =(6,96±0,001)·108 m;

– masa M=(1,991±0,002)·1030 Kg;

– [anonimizat] 1,5·108 Km.

În interiorul atmosferei terestre intensitatea radiației solare are o valoare de I0=1353W/m2 (această valoare este numită și constanta solară).

– Cantitatea de energie primită anual de la Soare se situează în jurul cifrei de 1,5 [anonimizat] 23000 ori consumul actual de energie sau de 5-10 [anonimizat].

– Utilizarea practică a [anonimizat]:

– este o sursă de energie practic inepuizabilă;

– [anonimizat] o suprafață de 10-3 din suprafața Pământului cu captatori solari cu un randament de numai 5%, am obține o energie anuală de 6·1010MWh.

– este o [anonimizat], eliminându-se astfel dezavantajul transportului energiei la distanță;

– [anonimizat];

[anonimizat]:

– densitate de flux de valoare coborâtă;

– intermitență a [anonimizat], a anotimpurilor însorite cu cele mai puțin însorite.

Aceste neajunsuri determină trei probleme importante ce trebuie soluționate în vederea utilizării eficiente a radiației solare:

Captarea și concentrarea radiației solare;

Conversia energiei solare într-o formă de energie direct utilizabilă;

Acumularea ei într-o [anonimizat].

Conversia pe scară largă a energiei solare în energie electrică pentru aplicații terestre nu s-a [anonimizat] a dificultăților de exploatare datorită intermitenței radiației solare.

[anonimizat] 5600-6000 K.

[anonimizat] λ=0,55μm, iar spectrul energetic are următoarea distribuție: 42%din radiații sunt situate în spectrul vizibil, 55% în infraroșu și 3% în ultraviolet. [anonimizat], mai ales în regiunea infraroșie a spectrului, datorită absorbției și a difuziei. Se constată că puterea maximă a [anonimizat] o lungime de undă λ=0,48μm,situată în regiunea vizibilă a spectrului și corespunde unei radiații monocromatice de culoare verde.

Deci, aplicațiile posibile de realizat pot fi clasificate astfel:

– [anonimizat] a radiației solare;

– care necesită o captare pe scară mare a [anonimizat].

[anonimizat]: dispersia în timp și spațiu, la procesele de captare, conversie și stocare.

În general, un convertor solar este format din următoarele elemente principale:

– sistemul de captare și concentrare a radiației;

– sistemul de conversie a energiei solare;

– sistemul de stocare.

1.2. Captarea radiației solare

Se face, în principal, prin 3 moduri:

Prin efectul de seră, cu ajutorul captatoarelor sau a captatoarelor cu concentratoare de radiații;

Prin efectul fotovoltaic (cu celule fotovoltaice);

Prin fotosinteză.

Se urmărește, asigurarea cu energie termică necesară conversiei și cu energie luminoasă, într-un domeniu spectral convenabil. De aici rezultă două condiții importante pentru captatoarele solare:

– să asigure o absorbție cât mai mare a radiației solare în captator

– să reducă pe cât posibil energia radiată de captator prin încălzire;

Prima condiție se realizează prin introducerea unui captator cu un coeficient mare de absorbție în domeniul vizibil al spectrului, 0,2-2 μm și cu un coeficient minim de emisie în infraroșu.

O soluție pentru reducerea radiației emise ar fi transformarea suprafeței din una neagră în una reflectantă sau prin ghidarea radiației emise pe o singură direcție spre sursa de radiație. Acestea se pot realiza cu ajutorul unei structuri antiradiante. Fenomenul principal pentru reducerea pierderilor de căldură din captator prin radiație este așa numitul efect de seră. El se bazează pe transmiterea selectivă a radiațiilor de către unele materiale, de exemplu,sticla. Deci pentru a atinge temperaturi ridicate se impune realizarea și utilizarea unei suprafețe optic selective cu placă absorbantă.

Există multe tipuri de captatoare solare, unele dintre ele fiind prevăzute, în plus, cu sisteme de concentrare a radiației solare. Ele se pot clasifica: după forma geometrică, construcție, agent purtător de căldură, temperatura de lucru.

1.3. Concentrare radiației solare

Se realizează cu ajutorul unui sistem optic bazat pe reflexie sau refracție, care mărește densitatea fluxului de radiație ce cade pe suprafața absorbantă a captatorului.

Odată cu creșterea densității fluxului de radiație solară ce ajunge la receptor, scade suprafața necesară de recepție pentru o aceeași cantitate totală de energie captată, ceea ce va determina în mod corespunzător și scăderea pierderilor termice și deci, creșterea temperaturii fluidului de lucru. Dar sistemele de concentratori funcționează numai pa baza componentei directe a radiației solare. Rezultă că radiația difuză este pierdută și, în plus,apar și unele pierderi suplimentare. Utilizarea concentrării radiației solare este impusă de problemele ridicate de valorile relativ scăzute ale fluxului de radiație solare incidente pe colector. Este permisă astfel, atingerea unor nivele de temperaturi ridicate (până la câteva sute de grade), sistemele de conversie a energiei radiației solare fiind caracterizate de valori mari ale căldurii utile obținute și, în ultimă instanță, a randamentului acestora.

Fig.1.1 Concentratorul piramidal

Efectul de concentrare constă în devierea printr-o metodă oarecare a radiației solare captate pe o suprafață către o altă suprafață mai mică, unde se realizează conversia dorită. Considerând astfel, o oglindă paraboloidală, aceasta va reflecta radiația solară incidentă, concentrând-o în focarul F al oglinzii, unde este plasat receptorul (o suprafață absorbantă relativ mică), care determină conversia energiei radiației solare reflectate in energie termică sau electrică.

Vom distinge pentru un colector solar cu focalizare trei părți principale:

reflectorul solar (concentratorul propriu zis);

receptorul;

dispozitivul de orientare, acționare, care asigură urmărirea

poziției Soarelui de către reflector după una sau două coordonate unghiulare.

Fig 1.2 Concentrator paraboloid de revoluție.

Justificarea acestui dispozitiv este evidentă. Radiația solară ajunge la reflector dintr-o direcție determinată. Pentru că poziția aparentă a Soarelui pe boltă în raport cu punctul de captare este variabilă, vom fi nevoiți să modificăm permanent poziția concentratorului, pentru a ține cont de poziția Soarelui. Astfel, ca în cazul oglinzii paraboloidale axa acesteia trebuie menținută orientată către Soare.

Acesta conduce la plasarea suprafeței pe o montură ce va permite mișcarea indispensabilă orientării.

Fig.1.3 Schema sistemului optic al unei centrale solare.

Există o mare diversitate de tipuri de captatoare cu concentrator, randamentul lor de captare fiind în funcție de temperatura mediului ambiant. Obișnuit, puterea termică este proporțională cu următorii factori:

– densitatea de putere a radiației solare;

– geometria captatorului;

– eficiența optică legată de fracțiunea din radiația solară intercep-

tată de captator, ce ajunge la suprafața absorbantă a receptorului;

– eficiența absorției și a transformării din energie radiantă optică în energie termică de către suprefațe absorbantă.

1.4. Conversia energiei solare

Utilizarea energiei solare sub formă termică sau electrică se realizează prin conversie, care poate fi ditectă sau indirectă, în ultimul caz, parcurgându-se și fazele intermediare de la energia chimică sau mecanică.

Fig.1.4 Etapele conversiei energiei solare

1.5. Utilizarea energiei solare

Utilizarea energiei solare la temperaturi joase se, realizează cu ajutorul heloconvertoarelor, care sunt captatoare solare fără mijloace deosebite de concentrare a radiației. Ele pot atinge randamente destul de ridicate de până la 60%.

Helioconvertoarele au o deosebită aplicabilitate în sistemele de climatizare a locuințelor cu ajutorul energiei solare, aceasta fiind una din aplicațiile care vor căpăta o amploare deosebită în următorii ani.

Utilizarea energiei solare la temperaturi ridicate se referă la conversia termodinamică în ciclul clasic, având ca aplicații distincte, în principal, obținerea energiei electrice.

Având în vedere dezavantajele pe care le prezintă energia solară (radiația solară), este necesară dotarea centralelor electrice solare cu instalații de captare și concentrare a radiației solare și cu mijloace de stocare a energiei termice. Din punct de vedere al felului instalației de captare și concentrare a radiației, centralele electrice solare pot fi:

– cu captatoare plane, având factorul de concentrare 1 și folosind agenți termici de temperatură apropiată de 100șC;

– cu captatoare prevăzute cu oglinzi cilindro-parabolice cu factor de concentrare de valoare 25-30,folosind agenți termici cu temperaturi de 200-220șC;

– cu concentratoare de forma unor paraboloizi de revoluție, având factor de concentrare 250-300, folosind agenți termici de temperatură înaltă 350-400șC.

Pentru calculele instalațiilor solare se are în vedere amplasarea geografică și intensitatea radiațiilor solare. Zilele și orele de însorire dintr-un an diferă în funcție de latitudinea geografică și de altitudine. Pentru situația din țara noastră cifra de 1800 ore/an de însorire este considerată ca limită inferioară de luat în considerare atât pentru tipurile actuale de instalații propuse de a fi realizate la scară industrială cât și pentru actualele tehnologii de realizare a echipamentelor de captare și stocare a energiei solare. O serie de zone din România sunt prielnice amplasării de instalații solare (ex: Câmpia Română, Bărăganul, Dobrogea, Câmpia de Vest, Podișul Moldovei, o parte a Podișului Transilvaniei, etc.).

Litoralul și Delta reprezintă cele mai favorabile zone de amplasare a instalațiilor solare, unde soarele strălucește în medie de 2.400 ore/an ceea ce depășește 50% din numărul maxim posibil de ore însorite anuală. Între numărul mediu de ore însorite într-o anumită zonă a țării și potențialul energetic de a fi utilizat există o legătură directă proporțională.

CAPITOLUL 2

EFECTUL FOTOELECTRIC

2.1. ECUAȚII

Descoperit încă din anul 1839de către Becquerel, efectul fotoelectric constă în transferul de energie de la un foton la un electron.

Acest tranfer de energie se realizează fizic printr-o ciocnire în urma căreia fotonul este anihilat și energia sa se va regăsi în energia electronului care părăsește atomul de origine, devenind un electron liber. Energia fotonului este:

(2.1)

unde: h – este constanta lui Planck (h=6,63·10-34js);

ν – frecvența undei fotonului.

Frecvența undei fotonului, trebuie să fie mai mare decât energia de legătură a electronului (care-l ține legat de atomul de origine). Efectul fotoelectric se poate observa la toate materialele, fiind mai pronunțat la semiconductoare (Si).

Fig 2.1 Efectul fotoelectric.

BC-bandă de conducție;

BV-bandă de valență;

Ei-câmp electric imprimat;

lo-lățime strat baraj

Semiconductorul de tip „p” este caracterizat prin goluri iar semiconductorul de tip „n” este determinat de prezența electronilor liberi.

În zona de contact între cele două semiconductoare (numită și zonă de trecere sau strat de baraj – fig 2.1) apare următorul fenomen:

– electronii liberi din semiconductorul„n” datorită fotțelor de atracție electrostatice vor migara spre semiconductorul „p”,unde va apare un surplus de sarcină electrică negativă (fig 2.1 b);

– în vecinătatea semiconductorului „n” sarcinile electrice negative (electronii) sunt în inferioritate și deci zona va fi caracterizată de o sarcină electrică pozitivă;

– sarcinile pozitive și negative din zona de contact vor determina apariția unui câmp electric intern (Ei) care se va opune, în continuare, trecerii electronilor din zona „n” în spre zona „p” (aceasta justificând denumirea de strat de baraj).

Notând cu lo lățimea strarului de baraj, tensiunea care apare în această zonă, Uo, va fi:

(2.2)
mărime care se mai numește și barieră de potențial, deoarece se opune trecerii în continuare a electronilor din regiunea „n” în regiunea „p”.

Pentru a putea trece prin stratul de baraj un electron trebuie să posede o energie:

(2.3)
unde: e – sarcina electronului (e=1,6·10-19C).

Această energie provine din energia fotonului incident, care pătrunzând în semiconductorul „p” (fig 2.1 a) va elibera un electron formând o pereche electron-gol. Energia fotonului va trebui să fie mai mare decât:

(2.4)

unde:Wlegătură – energia de legătură a electronului de atomul de origine;

m,v – masa și viteza electronului după ce a părăsit atomul.

Energia cinetică a electronului liber (rel 2.4)din regiunea „p”trebuie să fie mai mare decât W0 (rel 2.3) pentru a putea trece în regiunea „n”. Ajuns în regiunea „n” electronul liber provenit din regiunea „p” va determina o circulație a sarcinilor electrice negative prin rezistența de sarcină R spre acceptorii ionizați rămași necompensați din semiconductorul „p”.

Circulația electronilor de mare energie (fig 2.1.d) în sensul celor arătate mai sus, se justifică și prin faptul că ei ocupă stări succesive de energie potențială minimă, caracterizate printr-un echilibru mai stabil.

Perechea electron-gol formată ca urmare a absorției unui foton de o anumită energie, trebuie să aibă o durată de viață suficient de mare pentru a forma curentul fotoelectric util ,I. Dacă durata de viață este maimică, perechea se recombină în interiorul semiconductorului dând naștere la un curent intern neutil, Ii.

Fenomenul macroscopic al efectului fotoelectric se exprimă prin curenții amintiți mai sus, în sensul că acest curent intern Ii rezultă din însumarea unui curent determinat de acceptorii din regiunea „p”(curentul Ip) și de donorii din regiunea „n”(curentul In).

Deoarece masa unui gol este mult mai mare decât masa unui electron, între cei doi curenti In și Ip, s-a găsit următoarea legătură:

(2.5)

unde: U – tensiunea la bornele celulei fotoelectrice (U = RI);

K – constanta lui Boltzmann (K=1,38·10-23j/k);

T – temperatura absolută a celulei.

La iluminare mare In>>Ip și la întuneric U=0 și In=Ip.

Cum cei doi curenți In și Ip au sensuri opuse, rezultă pentru curentul intern expresia:

(2.6)

Celula fotoelectrică fiind supusă unui flux de N fotoni în unitatea de timp ei vor determina curentul total al sursei,Is, de valoare:

(2.7)

Relația 2.7 definește și schema electrică simplificată (s-au neglijat rezistențele interioare) a convertorului fotoelectric.(fig 2.2).

Fig 2.2 Schema electrică a C.F.E

La funcționare în gol curentul I este nul și deci:

(2.8)
sau:

(2.9)
de unde rezultă tensiunea la gol:

(2.10)

-tensiunea termică a convertorului fotoelectric (C.F.E) (UT = 8,6·10-5K).

La funcționare în scurtcircuit tensiunea U este nulă, curentul fiind:

(2.11)

În mod obișnuit :U0 = (0,4÷1)V; jsc = 30mA/cm2 și forma caracteristicii externe a C.F.E este ca în figura 2.3.

Fig 2.3 Caracteristica extermă a C.F.E (U=(f))

Pmax-punct corespunzător puterii maxime.

Puterea maximă debitată de C.F.E rezultă din:

(2.12)

și deci:

(2.13)

Curentul corespunzător puterii maxime este:

(2.14)

și cum:

(2.15)

rezultă:

(2.16)

și deci, convertorul fotoelectric va dezvolta o putere maximă:

(2.17)

deoarece: Is>>Ip.

Randamentul convertorului fotoelectric rezultă din:

(2.18)
și are valori cuprinse între 0,07÷0,14.

El crește cu creșterea gradului de iluminare, dar se reduce cu creșterea temperaturii.

Din punct de vedere teoretic randamentul maxim este limitat de ciclul Carnot a cărui valoare, având în vedere temperatura Soarelui T1 = 6000˚K și a Pămâmtului T2 = 300˚K, este:

(2.19)

ceea ce face ca să fie superioară celorlalte convertoare care sunt limitate la valori ale randamentului mult mai mici.

2.2 CELULE SOLARE

Structura de bază a unei celule solare este arătată iîn figura 2.4.

Fig. 2.4 Celula solară n-p

Condițiile pentru o eficiență de conversiemare sunt:

-condiții fotonice: fotonii absorbiți trebuie să creeze perechi electron-gol cu minim de pierderi de energie. Dacă energia lor h·ν este mai mică decât lățimea benzii Eg, fotonii sunt pierduți pentru producerea de lectricitate. Pentru energii mai mari decăt Eg, excesul (hν-Eg) estecedat rețelei și de asemenea este pierdut.

Aceste pierderi fundamentale depind de potrivirea dintre spectrul solar și lățimea benzii interzise a materialului.

Reflexia de către suprafața frontului trebuie să fie minimă. Acest lucru poate fi obținut prin minimizarea ariei frontului, prin pulverizarea unui strat antireflex, de folosirea suprafeței piramidale.

-condiții electrice: electronii trebuie să fie separați de goluri printr-un câmp electric al joncțiunii.

Purtătorii minoritari care se mișcă în unghiul de difuzie sunt colectați. Unghiul de difuzie este o proprietate a materialului și depinde, de asemenea, de calitatea materialului. Unghiul de difuzie depinde și de constanta de difuzie și de timpul de viață al purtătorilor minoritari, determinat de procesele de recombinare volumice. Tensiunea debitată trebuie să fie maximă, valoarea acestei tensiuni depinde și de lățimea benzii interzise cât și de doparea cu impurități. Rezistivitatea electrică trebuie să fie minimă, aceasta depinzând de rezistivitatea materialului semiconductor, de rezistența materialului semiconductor, de rezistența contactului metal-semiconductor și de rezistența metalului.

Pentru eficiența producției industriale a celulelor se iau în considerare următorii factori: materialele disponibile, toxicitatea materialelor disponibile, toxicitatea materialelor și a procesului de producție, costurile materialelor și ale procesului.

Celulele solare pot fi folosite cu sau fără concentratoare. Cele mai bune rezultate obținute în laborator sunt prezentate în tabelul 2.1.

Tabelul 2.1. Cele mai bune rezultate obținute în laborator pentru celulele solare

Singurele celule din producția industrială de astăzi sunt celulele cu siliciu hidrogenat amorf, cu siliciu monocristalin și cu siliciu policristalin. Siliciul amorf este utilizat mai mult în aplicații ale produselor de consum (calculatore,ceasuri, etc.) și în aplicații de mică putere (iluminare).

Eficiența lor scade cu 10% la început și apoi se stabilizează. Celulele cu siliciu cristalin sunt mai mult folosite în aplicații de puteri mari.

Cauzele reducerii randamentului sunt:

-30% din radiația incidentă de reflectă și din acest motiv pe suprafața celulelor se dispun straturi antireflectante de TiO2,sau se realizează forme constructive multireflectante;

-o parte din fotoni nu formează perechi electron-gol cu durată de viață suficient de mare și perechea se recombină înainte de a genera curent util și prin aceasta energia fotonilor respectivi contribuie numai la încălzirea neutilă a celulei;

-nu toți fotonii posedă o energie cuprinșă într-o plajă optimă,atât fotonii de mică energie cât și cei de mare energie nefiind utili (cei de mare energie străbat celula fără a genera un electron liber);

-există pierderi de enrgie prin rezistențele interne de contact și din această cauză tehnologiile actuale sunt adaptate să micșoreze mult aceste rezstențe.

2.2.1 Tipuri constructive

Tehnologia C.F.E are la bază realizarea semiconductoarelor de tip „p” si „n” de grosimi și forme diferite, având în vedere domeniile aplicațiilor C.F.E.

C.F.E cu siliciu sunt cele mai răspândite atât în aplicațiile terestre cât și în cele spațiale. Configurația lor este dată în figura 2.5.

Fig 2.5 C.F.E pe bază de siliciu.

Date tehnologice:

– grosimea stratului transparent de tip „p”=1μm;

– grosimea stratului de tip „n”=100μm;

performanțe:

– U0=0,6V;

– jsc=30mA/cm2;

– randament =0,1÷0,2;

– durată ridicată de viață;

– funcționare la temperatură ambiantă.

Parametrii C.F.E tip ROL 41 fabricat la ICC-București sunt:

– suprafața celulei =3,6cm2;

– curentul de scurtcircuit =100mA(la 900 W/m2);

– tensiunea la gol =0,5V(la 900 W/m2);

– randamentul =0,12;

– caracteristic externă este dată în figura 2.6.

Fig 2.6 Caracteristica externă U=f(I) la C.F.E-ROL 41-la o putere incidentă de 900W/m2.

C.F.E cu sulfură de cadmiu(CdS) sunt mai ieftine decât cele pe bază de siliciu. Forma constructivă este prezentată în figura 2.7.

Fig 2.7 C.F.E pe bază de sulfură de cadmiu.

a) normală; b) în straturi subțiri.

Date tehnologice:

-în varianta normală:

– grosimea stratului de sulfură de cadmiu (tip „p”) = 0,3μm;

– grosimea stratului de sulfură de cadmiu (tip „n”) = 20μm;

-în varianta – straturi subțiri – straturi de2μm;

performanțe:

– U0=0,5V;

– jsc=20mA/cm2;

– randament =0,05÷0,08; (0,1 în varianta în straturi subțiri);

– durata de viață-peste 20 ani;

– funcționare și la temperaturi ridicate.

C.F.E cu arseniură de galiu (GaAs)-au o mare stabilitate termică ceea ce le impune la funcționare în condiții de temperatură ridicată (în sisteme cu concentrarea radiației solare).În figura 2.8 se prezintă o astfel de celulă:

Fig 2.8 C.F.E pe bază de arseniură de galiu.

Sunt mai scumpe, dar randamentele de conversie sunt mai mari (de până la 0,23 ) și în sistemele cu concentrator se amortizează repede pe baza energiei electrice debitate.

2.2.2 Module

Unul dinre avantajele intrinseci ale celulelor fotovoltaice este modularitatea lor. Fiecare celulă produce curent proporțional cu aria sa, sub un voltaj prin celulă de 0,5-0,6V.

Celulele pot fi conectate pentru a obține un voltaj mai mare. Celulele interconectate sunt încapsulate într-un modul pantru a obține rezistență mecanică mai mare, pentru a proteja celulele împotriva mediului. Încapsularea este realizată prin laminare: celulele sunt laminate pe ambele părți, între un set încapsulat, o sticlă în partea frontală si un substrat în partea dorsală.

Setul încapsulat este transparent realizat din materiale sintetice ca polivinil butirol (PVB) sau etilen vinil acetat (EVA). Sticla de acoperire are un conținut scăzut de fier pentru a reduce absorția radiațiilor și este temperată pentru o creștere a rezistenței mecanice. Substratul din spate poate fi, de asemenea, realizat din sticlă, polimer sau aluminiu anodizat. Suportul este din aluminiu anodizat și este separat de structura laminată.

Numărul de celule conectate în paralel este determinat de tensiunea U la care lucrează bateria (fig 2.9) și numărul celulelor înseriate este impus de curentul de sarcină I.

Prin conectarea serie-paralelă a celulelor fotovoltaice se pot obține puteri de ordinul megawaților, ceea ce face ca aceste baterii solare să poată concura cu termocentralele electrice, energia obținută fiind mult mai ieftină ca și energia electrică obținută prin arderea combustibililor solizi.

Fig 2.9 Baterie solară cu 30 de elemente(5×6).

Fiabilitatea panoului solar depinde de mai mulți factori, printre care cei mai importanți sunt:

– legăturile electrice între celule (prin încălziri și răciră succesive se produc desprinderi locale și o celulă poate fi scoasă din circuit);

– izolarea unor celule duce la supraîncărcarea celorlalte și la o deteriorare termică rapidă;

– producerea accidentală a unor scurtcirciute locale scade randamentul și duc la o uzură pronunțată;

– expunerea la radiații de mare energie distruge acoperirile tehnologice ale straturilor utile și prin aceasta duce la îmbătrânirea rapidă a celulelor din componența bateriei solare;

Bateriile solare pot fi dispuse tot timpul după Soare când instalația este dotată cu un sistem de urmărire (ca în fig 1.2) sau pot fi fixe.

Timpul de viață al modulelor industriale cu siliciu este de aproximativ 30 de ani. Timpul de recuperare a investiției din energia obținută este de aproximativ 1,6-2,7 ani pentru modulele realizate din celule cu siliciu cristalin și 0,9-1,6 ani pentru modulele realizate din celule cu siliciu amorf.

CAPITOLUL 3

Instalația de pompare

3.1 DESCRIEREA INSTALAȚIEI

Această instalați realizează pomparea apei dintr-un puț sau fântână, într-un rezervor de înălțime, cu ajutorul unei pompe centrifuge antrenate de un motor electric de curent continuu, curent alternativ monofazat sau trifazat, în funcție de preferințele utilizatorului, alimentat cu energie electrică de la o baterie solară prin intermediul unui sistem de stabilizatoare și respectiv de invertoare de tensiune electrică.

Fig 3.1 Schema de principiu a instalației hidraulice

Instalația este compusă din două unități principale : instalația hidraulică și instalația de alimentare cu energie electrică.

– Instalația hidraulică este compusa din pompa centrifugală, conducte de apă realizate din material plastic PVC, oțel, metale neferoase etc., și rezervorul de înălțime care servește la înmagazinarea apei aspirate de la o sursă de apă (puț forat, făntână, apă curgătoare, etc.), (fig 3.1).

Fig 3.2 Schema bloc a instalației electrice.

-Instalația electrică este compusă din sursa de energie, care este formată dintr-un generator fotovoltaic (baterie solară), stabilizator de tensiune continuă, baterie de acumulatoare și motorul electric de curent continuu (fig 3.2), iar în cazul utilizării motoarelor electrice de curent alternativ instalația mai cuprinde și un invertor de tensiune, monofazat sau trifazat în funcție de felul motorului de acționare.care servește la antrenarea pompei centrifuge.(fig 3.3).

Fig.3.3 Schema bloc a instalației cu motor de curent alternativ

Schema electrică a instalației este compusă din bateria solară realizată din celule fotoelectrice conectate în paralel respectiv în serie pentru a debita puterea necesară motorului de antrenare a pompei, această tensiune este apoi stabilizată cu ajutorul unui stabilizator de tensiune continuă care permite alimentarea motorului cu puterea maximă debitată de convertorul fotoelectric.

În cazul în care comanda de pornire și oprire se realizează automat, cu ajutorul unui indicator de nivel maxim montat în rezervorul de înălțime, instalația mai cuprinde pe lângă întrerupătorul principal și un releu electromagnetic comandat de către indicatorul de nivel.

Comanda de pornire și de oprire a instalației se realizează manual, putând fi și automatizată, în acest caz din urmă comenzile sunt date de către un indicator de nivel maxim montat în rezervorul de înălțime, care în momentul când apa din rezervor atinge nivelul maxim stabilit, comandă oprirea alimentării motorului cu energie electrică care antrenează pompa de apă.

Instalație de pompare a apei utilizând un generator fotovoltaic ca sursă de energie este perfect adaptabilă într-o gospodărie pentru asigurarea necesarului de apă menajeră, iar în agricultură putând satisface nevoile de apă pentru irigații

Prețul investiției este destul de ridicat dar se amortizează repede și ținănd cont de faptul că energia solară este gratuită această soluție se dovedește a fi foarte eficientă.

3.2 Determinarea caracteristicilor instalației

Determinare caracteristicilor instalației presupune stabilirea parametrilor în urma cărora se va face dimensionarea respectiv alegerea componentelor instalației.

Determinarea debitului de calcul pe care trebuie să-l furnizeze pompa de apă se poate face în mai multe moduri, ținănd cont de nevoia de apă curentă, dar trebuie avut în vedere faptul că debitul unei pompe centrifuge este direct proporțional cu puterea absorbită de la arborele motorului de acționare,deci și cu puterea electrică absorbită de motor de la bateria solară. Ținând cont de aceste considerații, debitul de calcul a pompei trebuie ales astfel încât să fie în corelație cu puterea debitată de bateria solară, deoarece la debite ridicate (pentru aceeași înălțime de pompare) este mevoie de putere electrică mai multă, respectiv suprafață de captare a convertorului fotoelectric mare ceea ce determină cheltuieli ridicate lucru care va face ca instalația să nu fie rentabilă (luând în considerare timpul de amorsare a investiției).

Dacă se consideră că instalația de pompare alimentează o gospodărie, conform standardelor, fiecărui obiect alimentat îi corespunde un anumit debit specific de apăconsumată prin intermediul armăturii sale. Debitul se exprimă în litri pe secundă (l/s),sau în „echivalenți”; un echivalent E reprezintă debitul robinetului unei chiuvete, adică 0,2 l/s.

Debitele specifice pentru armăturile principalelor obiecte sanitare alimentate de la pompă sunt:

0,20 l/s = 1E – pentru chiuvetă, duș, baie cu preparare locală a apei calde; 0,10 l/s = 0,5E – pentru rezervorul de closet.

Numărul obiectelor alimentate cu apă, implicit și mărimea debitelor de apă furnizate de pompă sunt limitate în special datorită bateriei solare din motivele prezentate anterior.

Debitul de calcul se determină printr-un calcul de simultaneitate considerând că armăturile obiectelor sanitare, alimentate de la pompă nu ar funcționa simultan în totalitate. Calculul are în vedere numărul și felul obiectelor sanitare,precum și de destinația clădirii.

Relația generală a debitului de calcul este:

(3.1)

în care: qc – debitul de calcul în l/s;

E – suma echivalenților obiectelor alimentate cu apă;

a – coeficient, care depinde de destinația clădirii (a = 1, pentru clădiri de locuit);

b – coeficient de corecție, pentru instalația de apă caldă;în instalații de apă rece b = 1.

c – coeficient de corecție, care depinde de valoarea lui E,folosit numai la clădirile de locuit;pentru celelalte feluri de clădiri c = 0.

În instalația interioară de apă rece, E se determină cu relația:

(3.2)
în care : E1-suma echivalenților bateriilor amestecătoare de apă rece și caldă;

E2-suma echivalenților robinetelor de apă rece.

Pentru ușurința calculului s-au întocmit tabele indicând valoarea debitului qc, în funcție de echivalenți E, astfel pentru instalația de apă rece din clădiri de locuit (a=1;b=1), se folosește relația:

(3.3)
Pentru valori mici ale lui E (caz valabil pentru instalația prezentată), se poate utiliza următoarea relație:

(3.4)
Prin utilizarea tabelelor indicate, determinarea debitului de calcul se face calculând numărul de echivalenți și apoi, în funcție de acesta, citind în tabel debitul corespunzător. În mod obișnuit este necesară și o interpolare în cazul când numărul de echivalenți rezultat se află între două valori dintabel; interpolarea se face după același procedeu folosit la calculul logaritmilor.

Fabelul 3.1.Debitul de calcul, în l/s, pentru instalația de apă din clădiri de locuit în funcție de suma echivalenților

Debitul necesar se determină cu relația:

(3.5)

(3.6)
unde: qm – este debitul de apă pentru acoperirea consumului menajer, în l/s

qi – idem,pentru consumul de incendiu (nu este cazul nostru);

qt – idem,pentru consumul tehnologic (nu este cazul nostru);

α – coeficient de variație a consumului;

qc – debitul de calcul,determinat cu rel 3.1;

α – coeficient de variație alconsumului (α=1), rezultă:

(3.7)

Debitul necesar pentru pompă în cazul nostru este egal cu debitul necesar care la rândul său este egal cu debitulde calcul:

(3.8)

Pompa se alege în funcție de diagramele caracteristicilor lor, care se iau din tabele. Alegerea pompelor se face astfel îcât caracteristicile lor- debit și presiune- să fie cât mai apropiate de cele necesare, dar în orice caz acoperitoare.

3.3. Dimensionarea conductelor de apă

Determinarea diametrelor conductelor d, se face în funcție de debitul de calcul qc și în corelare cu viteza de curgere v și pierderile de presiune unitare, având curgere în regim forțat.

În unele situații, când pierderea de presiune este impusă, de un anumit disponibil de presiune, atunci se pleacă de la debitul de calcul și pierderea de presiune disponibilă și se determină diametrul și viteza.

Diametrul interior al conductelor se calculează cu ajutorul ecuației:

(3.9)
în care: d – reprezintădiametrul interior al conductei, în (m);

v – viteza mediede curgere a lichidului, în (m/s);

Q – este debitul realizat de către pompă exprimat în (m3/s).

Valorile uzuale ale vitezei de curgere pentru apă sunt prezentate întabelul 3.2.

Tabelul 3.2. Valorile uzuale ale vitezei de curgere pentru apă

Valoarea diametrului determinată astfel se încadrează apoi în dimensiunile standardizate ale conductelor, alegându-se limita superioară.

3.3.1 Determinarea pierderilor în conducte

Curgerea lichidului în conducte se consideră „laminară” atunci când particulele de lichid au o mișcare paralelă cu axa conductei și „turbullentă”, când mișcarea este dezordonată, în direcții diferire.

Pentru determinarea regimului de curgere s-a stabilit un criteriu adimensional, cunoscut sub numele de „numărul Reynolds”, notat cu simbolul Re și a cărui valoare se calculează cu ajutorul relației:

(3.10)
în care: v – reprezintă viteza medie de curgere (m/s);

d – diametrul interior al conductei,în (m);

ν – vâscozitatea cinematică a lichidului, în (m/s2).

Pentru valori ale lui Re < 2200…2500 regimul de curgere este laminar.

Din formulă se observă că regimul se menține laminar la viteze și diametre reduse, precum și la curgerea lichidelor cu vâscozități mari.

În regim laminar, valoarea vitezei medii este:

(3.11)
În timpul curgerii prin conducte, datorită frecărilor interne perticulele de lichid, precum și frecării acestuia cu pereții conductei apar diverse rezistențe hidraulice, denumite uzual „pierderi de sarcină” sau pierderi de presiune”.În funcție de cauza care le provoacă, acestea la rândul lor pot fi pierderi „lineare” sau „pierderi locale”. Natura pierderilor lineare depinde de rugozitatea pereților conductei.

Pierderile locale se datoresc modificărilor subite ale direcției și sensului vitezei de curgere a lichidului, modificări care au loc atunci când se întâlnesc coturi, ramificații, supape, etc,sau apar variații bruște ale secțiunii conductei.

Relațiile pentru determinarea pierderilor de sarcină servesc la calcularea traseului și dimensiunilor conductelor.

Aceste relații sunt următoarele:

-Pentru pierderi lineare în regim laminar:

(3.12)

în care:

=lungimea efectivă a conductei în (m);

=lungimea echivalentă corespunzătoare pierderilor locale, în (m);

λ este un coeficient de rezistență al conductei și are valoarea :

pentru țevi drepte, se consideră: λ = 75/Re.

Coeficientul de frecare λ se calculează cu ajutorul unor formule deduse pe cale experimentală sau, mai simplu, din diagrama λ – Re (fig 3.4), construită de asemenea în urma a numeroase experiențe cu fluide curgând în conducte de natură diferite.

S-a constatat astfel că variația coeficientului de frecare λ este determinată de regimul de curgere și de gradul de regozitate al pereților conductei. Așa cum se vede din diagrama λ-Re ,pentru regimul laminar de curgere (Re<2300), dependența coeficientului de frecacre de criteriul Re este reprezentată printr-o linie dreaptă având panta egală cu –1; coeficientul de frecare nu depinde de natura pereților conductei (de rugozitate).

Fig.3.4 Diagrama λ-Re

Pentru curgerea turbulentă, coeficientul de frecare λ depinde de rugozitatea pereților, variația lui fiind reprezentetă printr-un fascicul de drepte funcție de natura conductelor.În figura 3.4 nu s-au reprezentat decât două curbe: pentru conducte netede și pentru conducte cu un grad mare de rugozitate. Pentru apă, în cazul curgerii turbulente se poate lua cu aproximație, valoarea λ=0,03.

Pierderile de sarcină datorate rezistențelor locale se calculează cu relația:

(3.12)

în care ξ este un coeficient de rezistență locală, determinat pe cale experimentală

Valoarea coeficientului n pentru obstacole hidraulice și depinde de formacorpurilor care provoacă aceste rezistențe (coturi, robinete, clapete,etc.).

În calculele practice, se utilizează însă noțiunea de „lungime echivalentă” notată cu le și care corespunde unei lungimi de conductă ce determină o scădre de presiune egală cu cea datorată pierderilor locale dintr-o conductă reală.

În lucrările de specialitate valorile lui le sunt date în tabele sau nomograme. Astfel în din tabelul 3.3 sunt indicate valorile lui le pentru diferite armături.

Valoarea lui le sa calculează cu relația:

(3.13)

de unde:

(3.14)

Lungimea echivalentă le apare ca un produs între diametrul interior d al conductei și un număr n care depinde de felul rezistenței hidraulice considerate (tabela 3.2):

(3.15)

Valorile coeficientului de rezistență locală ξ se determină cu ajutorul unor formule, tabele sau diagrame care se găsesc în literatura de specialitate. În tabela 3.4 și sunt date valorile coeficientului de rezistență pentru unele obstacole hidreulice:

Tabelul 3.4 Valorile coeficientului ξ

Tabelul 3.3 Valori ale lui l0 pentru diferite armături

Presiunea,exprimată în metri coloană de lichid, pe care trebuie să o realizeze pompa pentru a deplasa lichidul în instalație, se compune din presiunea necesară pentru ridicarea lichidului la înălțimea geodetică respectivă, presiunea necesară pentru învingerea sarcinii rezistente suplimentare la capătul conductei de refulare, precum și din presiunea necesară învingerii rezistențelor hidraulice ale instalației.

Fig 3.4 Sorb cu clapetă

Amorsarea pompei de apă se realizează cu ajutorul unui sorb (fig.3.4)cu clapetă montat în partea inferioară a conductei de aspirație, sub nivelul apei.

Fig 3.5 Schema poziției sorbului

Prezența sorbului induce și ea o rezistență hidraulică care se identifică prin coeficientul său de rezistență locală.

Pentru evitarea unor deranjamente de aspirație, la montarea sorbului se vor respecta următoarele prevederi:

– distanța de la fundul bazinului de aspirație până la sorb, trebuie să fie de cel puțin 0,5 metri;

– distanța de la flanșa de racordare a sorbului până la suprafața lichidului,atunci când aceasta atinge nivelul minim, trebuie să fie de cel puțin 0,5 metri;

– distanța de la axa sorbului până la peretele cel mai apropiat, trebuie să fie de cel puțin 2D (D-diametrul sorbului). Aceste dimensiuni sunt prezentate în figura 323.

Conductele se racordează la pompă prin flanșe strânse cu șuruburi, și mai rar prin îmbinări filetate. Etanșarea îmbinării se realizează cu garnituri plate, confecționate din cauciuc sau marsit (klingherit).

Pentru toate pompele sunt valabile următoarele indicații generale privitoare la conducte:

– axele flanșelor conductelor trebuie să coincidă cu cele ale fleanșelor la care se racordează, iar flanșele trebuie să fie paralele între ele. Prin aceasta se evită obturarea secțiunilor de trecere a lichidului și crearea de rezistențe hidraulice suplimentare;

– racordarea trebuie astfel realizată încât conductele să nu creeze solicitări mecanice în flanșele pompei. În acest scop, se vor folosi diverse elemente de susținere;

– modificările de direcție se vor realiza prin racordări largi, evitându-se coturile bruște;

– se vor evita montajele care permit formarea pungilor de aer;

– înainte de racordarea pompei se va proceda la curățirea interioară a conductelor, prin spălare cu apă de la o altă sursă, eliminându-se astfel impuritățile rămase din timpul sudării.

Conducta de aspirație – Este recomandabil ca lungimea conductei de aspirație să fie cât mai redusă, cu scopul de a se micșora pierderile hidraulice. Pentru a se evita formarea pungilor de aer, porțiunea de conductă orizontală se va monta astfel încât să aibă o parte continuă până la pompă (minimum 2%).

Diametrul conductei de aspirație trebuie să fie cel puțin egal cu cel al orificiului de aspirație al pompei. În cazul unor diametre superioare, racordarea se va face printr-o reducție excentrică.

Dimensionarea conductei de aspirație se va face ținând cont că, pentru o funcționare a pompei în limitele unui randament acceptabil, este necesar ca viteza lichidului la intrare în pompă să nu depășească valorile:1…2 m/s.

Conducta de refulare – Diametrul conductei de refulare trebuie să fie cel puțin egal cu cel al orificiului de refulare a pompei. În cazul utilizării unor conducte cu diametre superioare, îmbinarea se va realiza prin reducții concentrice, a căror conicitate nu va depăși raportul 1:10. Conducta de refulare trebuie dimensionată corespunzător, în funcție de presiunea maximă pe care o poate realiza pompa. Dacă lungimea verticală a conductei depășește 10 metri, se recomandă montarea unei clapete de reținere care protejează pompa împotriva șocurilor provocate prin întoarcerea lichidului, la oprirea pompei.

Conductele verticale vor fi rigidizate prin coliere de susținere montate în dreptul coturilor. La dimensionarea conductei de refulare, care uneori poate atinge lungimi importante, se va avea în vedere recomandarea ca suma tuturor pierderilor de saarcină să nu depășească 10% din înălțimea geodetică de refulare.

3.4. Dimensionarea rezervorului de înălțime

Rezervorul de înălțime are rolul de a înmagazina apa pompată de către pompă, în scopul unei utilizări ulterioare.

Rezervorul de înălțime pe lângă caracteristicile ne natură tehnică (rezistență, structură solidă), trebuie să satisfacă și cererile cu privire la capacitatea de stocare a sa, astfel încât să permită stocarea unei cantități suficiente de apă.

În cazul general capacitatea rezervorului de înălțime se determină cu relația:

(3.16)

unde: qp – este debitul pompei (l/s);

n – numărul orar de porniri ale pompei.

În cazul instalației de pompare acționată cu energie solară,scopul este de a înmagazina cât mai multă apă, iar instalația să funcționeze cât mai mult pe perioada unei zile profitând de orele cu cel mai mare flux energetic. Astfel ținând cont de debitul pompei centrifuge și de timpul mediu de funcționare între două consumuri de apă, se poate utiliza relația:

(3.17)
unde: qp – debitul pompei de apă (l/min);

tm – timp mediu de funcționare (min);

3.5 Alegerea pompei

Într-o instalație hidraulică, pompa reprezintă elementul motor al acesteia, de aceea dotarea instalației cu tipul de pompă adecvat este de o importanță capitală pentru funcționarea corectă.

Debitul și înălțimea de refulare a pompei trebuie să satisfacă valorile maxime ale debitului și înălțimii de pompare cerute. Acești parametrii determină alegerea tipuluide pompă adecvat.

După stabilirea tipului pompei și a caracteristicilor acesteia, trebuie considerate criteriile cu caracter general și anume: siguranța în funcționare, calculul economic, situația pompei din punctul de vedere altipizării, respectiv posibilitățile de procurare a pieselor de schimb.

Din cele expuse mai sus, rezultă că nu există limite precise de utilizare a diferitelor construcții de pompare, prin urmare alegerea tipului cel mai potrivit pentru instalația respectivă depinde de competența proiectantului acesteia.

Parametrii funcționali ai unei pompe sunt:

Q – debitul de lichid pompat, exprimat de regulă în m3/oră, m3/s sau litri/secundă, litri/minut;

H – înălțimea totală de pompare, exprimată în metri coloană de apă sau metri coloană de lichid;

n – turația de antrenare a pompei, exprimată în rotații pe minut (rot/min);

η – randamentul total al pompei, exprimat în procente(%)sau în număr subunitar;

NPSH – înălțimea energetică netă la aspirație, exprimată în metri;

P – puterea absorbită la arborele pompei, exprimată în (KW).

Curbele caracteristice ale pompei se determină de către uzinele constructoare pe standurile de probă, prin măsurători directe, efectuate pe prototipuri.

Măsurătorile efectuate pe standurile de probă ale uzinelor constructoare se fac, în marea majoritate a cazurilor, cu apă (cu γ = 1000 Kgf/m3) și la temperatura mediului ambiant.

Fig 3.5 Diagrama curbelor caracteristice ale pompei centrifuge.

În figura 3.5 este prezentată o diagramă ce conține curbele caracteristice ale unei pompe centrifuge. Din diagrama prezentată în figură se observă alura curbelor caracteristice ale pompei centrifuge, alură ce reprezintă sensul variației a parametrilor funcționali înfuncție de variația debitului Q.

Astfel se poate remarca: pe măsura creșterii debitului, înălțimea totală de pompare, H scade, puterea absorbită P, crește și de asemenea valoarea NPSH crește. O alură mai deosebită este cea a curbei de randament η, care la început înregistrează o creștere până atinge o valoare maximă, apoi, pe măsura creșterii debitului, începe să scadă sensibil.

Analizând alura curbelor rezultă că alegerea pompei trebuie astfel făcută încât aceasta să funcționeze o perioadă cât mai îndelungată în zona randamentului de valoare maximă. Parametrii corespunzători punctului de funcționare din această zonă se mai numesc parametrii „nominali”, iar punctul se numește la rândul său „punct nominal”.

Deoarece însă în multe cazuri această situație nu poate fi obținută, se admite folosirea pompei într-o zonă corespunzătoare unei valori acceptabile din punct de vederea al randamentului.

Curbele caractersitice prezentate în diagrama din figura 3.6 sunt determinate la o anumită turație n, de valoare constantă. Variația turației atrage după sine variația curbelor caracteristice ale pomei. S-a demonstrat, și experiențele au confirmat ,teoria după care curbele de sarcină H=f(Q) sunt parabole congruente a căror axă este paralelă cu abscisa, astfel că având curba determinată pentru o anumită turație sepoate obține curba corespunzătoare unei alte turații prin deplasarea paralelă a primei curbe.

Fig 3.6 Diagrama H=f(Q) pentru diferite turtații

În figura 3.6 sunt prezentate curbele de sarcină ale unei pompe centrifuge, la diverse turații.

Punctele A1…A3, A1’…A3’, A1”…A3” se găsesc situate pe câte o parabolă de gradul II, iar coordonatele lor se obțin cu ajutorul formulelor următoare:

(3.18)

Din aceste relații rezultă că debitul Q este direct proporțional cu turația, înălțimea de pompare H este proporțională cu pătratul turației, iar puterea pompei P este proiporțională cu cubul turației.

Punctul de funcționare a pompei se determină pe cale grafică astfel: într-o diagramă aleasă la scară convențională se trasează curba C, caracteristica conductei, în aceeași diagramă se trasează și curba caracteristică a pompei Q-H. Punctul de intersecție x este punctul de funcționare al pompei.

Fig 3.7 Determinarea punctului de funcționare în instalație a unei pompe centrifuge

La alegerea pompei va trebui să se țină seama de alura curbei acesteia, care trebuie să se acorde cu cerimțele instalației. Astfel în cazul instalației de pompare cu ajutorul captatoarelor solare fotovoltaice, debitul variază în mod substanțial, dar presiune rămâne aproximativ constantă, se va alege o pompă cu o curbă cât mai plată.

În figura 3.8 este prezentată diagrama curbelor caracteristice ale unei pompe centrifuge destinate a fi utilizată într-o instalațiecu variații importante ale debitului (valabil și în cazul nostru):

În diagramă au fost trasate curbele H=f(Q), η=f(Q), η=f(H).

După cum se observă, alura curbei H=f(Q), este plată și prin urmarea unor variații importante ale debitelor le corespunde variații neânsemnate ale înălțimii de pompare și ale randamentului. În cazul unor variații mari ale înălțimii H, variază sensibil și randamentul (curba punctată).

Fig 3.8 Alegerea pompei în funcție de alura curbei.

În figura 3.9 este prezentată schema funcțională a instalației de pompare utilă pentru definirea parametrilor pompei.

Astfel:

Q – este debitul pompei;

Hg – distanța geodetică între nivelul lichidului din rezervorul inferior și nivelul lichidului din rezervorul superior.

HgA – distanța dintre axa flanșei de aspirație a pompei și suprafața lichidului din rezervorul inferior;

HR – distanța dintre fața flanșei de refulare a pompei și suprafața lichidului din rezervorul superior;

z – distanța dintre axa flanșei de aspirație a pompei și fața flanșei de refulare;

pA și pR – presiunile relative măsurate la nivelulflanșei de aspirație, respectiv de refulare a pompei;

vA și vR – vitezele lichidului la intrarea în flanșa de aspirație, respectiv la ieșirea din flanșa de refulare;

p1 și p2 – presiunile relative la suprafața lichidului din cele două rezervoare (inferior și superior);

hrA și hrB – pierderile de sarcină în conducta de aspirație, respectiv de refulare.

Înălțimea totală de pompare necesară a fi realizată de o pompă poate fi determinată cu relația:

(3.19)

unde: γ=1000 (Kgf/m3)-densitatea apei;

În cazul nostru aspirația se realizează dintr-o fântână deschisă, iar rezervorul de înălțime este la rândul său deschis, deci:

Fig 3.9 Schema funcțională a instalației pentru definirea parametrilor funcționali ai pomei.

(3.20)

unde: patm – presiunea atmosferică.

Relația (3.19)devine:

(3.21)
unde: – reprezintă suma pierderilor de sarcină de-a lungul traseului conductelor de aspirație și refulare;

c – este viteza apei la ieșirea din conducta de refulare.

Înălțimea de aspirație a pompei

Acest lucru este posibil numai în cazul în care presiunea p1, care apasă asupra suprafeței lichidului din rezervorul de aspirație, este mai mare decât presiunea pA existentă în flanșa de aspirație a pompei.

Caracteristica NPSH – reprezintă înălțimea energetică netă la aspirație, și are expresia următoare:

(3.22)

unde: -reprezintă presiunea absolută totală-statică plus dinamică-la intrarea în pompă, exprimată în metri.

-presiunea de vaporizare a lichidului la temperatura de funcționare, exprimată în metri.

Prin urmare, ținând cont de definiția parametrului NPSH, rezultă că acesta este factorul care impune condiția de funcționare a pompei în afara zonei de cavitația. De aceea trebuie deosebite două feluri de noțiuni NPSH și anume:

– NPSHnecesar – este o caracteristică dependentă exclusiv de tipul și construcția pompei, iar valoarea ei este dată în catalogul pompei.

– NPSHdisponibil – se referă numai la condițiile instalației, fiind independent de pompă.

Pentru ca pompa să poată funcționa în afara zonei de cavitație, este necesar ca NPSHdisponibil > NHSPnecesar. Practic, la proiectarea instalațiilor hidraulice se are în vedere ca NHSPdisponibil să fie mai mare cu cel puțin 0,5 metri decât NPSHnecesar.

(3.23)

-reprezintă înălțimea piezometrică absolută la intrarea în conducta de aspirație;

-reprezintă înălțimea de aspirație HA.

(3.24)

– reprezintă înălțimea piezometrică minimă la aspirație măsurată cu manovacuumetrul.

În tabelul următor (3.5) sunt date princialele categorii de pompe de vehiculare, fabricate în România, datele prezentate având caracter informativ. Pentru alegerea pompei se va solicita oferta tehnică a producătorului

Tabelul 3.5.Pompe centrifuge

CAPITOLUL 4

Calculul de dimensionare al motrului

4.1 Alegerea motorului

Lucrul mecanic util pe care-l efectuează pompa atunci când ridică o cantitate de lichid Q·γ la o înălțime manometrică H, în timp de o secundă, poate fi exprimat sub forma:

(daN·m) (4.1)

sau exprimat ân unități de putere:

(KW) (4.2)

în care:- Q este în (m3/s);

– γ în (kgf/m3);

– H în (m).

Pompa este antrenată de un motor a cărui putere trebuie să acopere atât puterea utilă a pompei cât și puterea consumată pentru învingerea rezistențelor datorate pierderilor interioare și exterioare.

Prin pierderi interioare se înțelege suma tuturor pierderilor provocate de rezistențele hidraulice, care apar la curgerea lichidului prin pompă, și a pierderilor volumice care se datoresc scăpărilor prin interstiții și neetanșeități și care au ca rezultat vehicularea unei cantități de lichid mai mare decât cea debitată util.

Prin pierderi exterioare se înțelege cele datorate frecărilor mecanice în lagăre, rulmenți garnituri, glisiere, etc.

Prin urmare, puterea absorbită la arborele pompei este mai mare decăt puterea utilă, iar raportul dintre cele două puteri reprezintă tocmai randamentul total al pompei, notat cu η.

Deci formula puterii reale va căpăta forma:

;(KW) (4.3)

Cu ajutorul acestor relații se poate calcula puterea necesară pentru antrenarea unei pompe, atunci când se cunosc caracteristicile acesteia: debit maxim, înălțime de pompare corespunzător debitului maxim și randamentul la punctul respectiv.

Randamentul total al pompei este raportul dintre lucrul mecanic util și lucrul mecanic total:

(4.4)
unde: -este randamentul hidraulic, folosește pentru determinarea presiunii manometrice dezvoltate de pompă, în comparație cu presiunea teoretică rezultată din calcul.

-este randamentul volumic;

Q – debitul real;

Qv – debitul teoretic.

ηv – permite stabilirea debitului real față de cel calculat teoretic.

-randamentul mecanic;

Li – lucrul mecanic interior;

Lt – lucrul mecanic total efectuat de pompă.

ηm-folosește la determinarea puterii necesare învingerii rezistențelor exterioare.

Randamentul total η se utilizează în calcule pentru determinarea puterii motorului de antrenare.

Randamentul total este deci unul din cei mai importanți parametri care se iau în considerare la alegerea pompei și de aceea valorile lui, care diferă mult în funcție de construcția și tipulpompei, se obțin pe cale experimentală în standurile de probe și este dat în catalogul pompei.

Puterea motorului de antrenare trebuie aleasă astfel încât să fie cel puțin egală cu cea absorbită de arborele pompei la regimul normal de funcționare.

Deoarece în exploatare pot interveni însă situații neprevăzute, datorită modificărilor condițiilor inițiale de funcționare, care pot provoca suprasarcini suplimentare, este recomandabil să se aleagă un motor cu o rezervă de putere care să poată satsface solicitarea suplimentară.

În cazul pompei centrifuge, pentru puteri mici se pot utiliza următorii coeficienți de multiplicare cu care trebuie multiplicată puterea absorbită de pompă, față de care se va alege motorul electric corespunzător.

Coeficienți de multiplicare a puterii absorbite de pompă pentru alegerea motorului electric de antrenare.

Tab 4.1. Coeficienți de multiplicare a puterii absorbite de pompă

La alegerea motoarelor de curent continuu trebuie să se țină sema de caracteristica lor de variație a turației funcție de cuplu, deoarece, așa după cum se stie, variația turației are influențe asupre parametrilor energetici ai pompei.

Fig 4.1 Variația turației în funcție de cuplu la motoare de curent continuu.

a) motor cu excitație paralel;

b)motor cu excitație serie.

Din figură se observă că, la motorul cu excitație paralel, variația turației este neînsemnată, deoarece curentul de excitație se manține aproximativ constant.

La motorul cu excitație serie, datorită faptului că curentul de excitație este egal cu curentul rotorului, variația turației în funcție de cuplu devine importantă și, prin urmare, trebuie să se țină seama de ea.

Din cele descrise mai sus rezultă că motoarele cu excitație paralel sunt preferate pentru antrenarea pompelor, deoarece pot asigura menținerae unei turații constante.

În aplicația prezentă se poate folosi drept motor de antrenare, un motor de curent continuu cu magneți permanenți a cărei caracteristică cuplu-turație este potrivită scopului ales.

Motoarele electrice de curent alternativ monofazat, denumite în limbaj uzual „motoare monofazice”, reprezintă o categorie de motoare mai rar utilizate în industrie, deoarece puterea lor este limitată, în general nedepășind 1kW. Totuși dacă puterea motorului necesară pentru antrenarea pompei de apă nu are valori foarte mari, se poate utiliza un motor asincron monofazat.

În general aceste motoare sunt folosite la antrenarea unor pompe de grădinărit precum și a grupurilor de hidrofoare de alimentare cu apă a gospodăriilor individuale, care nu sunt racordate la rețeaua publică de distribuția a apei. Rotorul motorului electric monofazat este supus acțiunii a două cupluri egale dar de sens contrar, determinate de câmpul magnetic al înfășurării monofazate. De aceea, atât timp cît rotorul se găsește în stare de repaus, cele două cupluri se anulează reciproc și mișcarea nu poate avea loc. Dacă se imprimă însă o mișcare de rotație într-un sens oarecare, atunci cuplul corespunzător sensului de rotație devine preponderent, astfel că rotorul se va roti datorită cuplului rezultant. De aceea motoarele monofazice, pentru a putea fi pornite, au nevoie de un dispozitiv care să le asigure rotirea inițială în sensul dorit. Soluția constructivă ce se adoptă în acest sens constă în prevedera unei înfășurări auxiliare în stator, care este alimentată de un curent defazat față de cel din înfășurarea principală. Această defazare se obține cu ajutorul unui condensator de capacitate corespunzătoare. Prin urmare, la alegerea unui motor monofazic trebuie să se aibă în vedere că sensul său de roteție este stabilit de către fabrica constructoare și el nu poate fi modificat în exploatare.

Motoarele asincrone sunt cele mai răspândite motoare electrice utilizate în toate domeniile de acționare, iar acest lucru este explicabil prin faptul că ele au o construcție extrem de simplă, sunt robuste, iar caracteristica lor funcțională poate satisface cele mai variate cerințe. Din punct de vedere constructiv, după modul de execuție al rotorului, aceste motoare se construiesc în două variante principale:

– motoare cu rotor „în colivie”, denumite și motoare în scurt-circuit;

– motoare cu rotor „bobinat” , denumite uzual motoare cu inele colectoare.

La pornire, motorul asincron prezintă următoarele particularități de funcționare, care diferă de regimul nominal:

– Cuplul de pornire are o valoare redusă la turație redusă, deci pornirea se realizează întro situație dezavantajoasă. Din considerente de protecție termică și electromagnetică se alege un cuplu de pornire maxim Mmax=(1,5-2,5)MN.

– Curentul absorbit la pornire are o valoare mult mai mare decît curentul nominal (Ip=4-7In), ceea ce provoacă șocuri în rețea.

– Decalajul dintre tensiune și curent este mare, deci factor de putere redus.

Aceste dezavantaje sunt acceptate la motoarele în scurtcircuit de putere redusă, care solicită mai puțin rețeaua de alimentare și oferă în schimb posibilitatea unei cuplări simple, direct la rețea.

Fig 4.2 Variația cuplului unui motor asincron, funcție de alunecare.

Cracteristicile electrice fundamentale ale motoarelor asincrone de uz general pentru frecvența de 50 Hz sunt date în STAS 1754-70.

Pompele acționate de motoare electrice sunt de obicei cuplate direct, la fel ca și în cazul nostru, și sunt antrenate la turația nominală a acestora. Pentru frecvența de 50 Hz, turațiile de antrenare-neglijând alunecarea– sunt: 500, 600, 750, 100, 1500 și 3000rot/min1.

Pornirea motoarelor asincrone cu rotorul în scurtcircuit poate fi:

– directă;

– indirectă;

– pornirea stea-triunghi;

– pornirea cu autotransformator;

– pornirea prin creșterea continuă a tensiunii de alimentare;

Pornirea directă este cea mai simplu de realizat practic, dar datorită curentului mare absorbit care pote atinge Ip=(6÷8)In , este utilizată la mașini de putere mică.

Pornirea indirectă cu rezistentă în stator, are schema de principiu prezentată în figura (4.3).

Fig.4.3.Pornirea indirectă cu rezistență în stator.

– Se pornește cu C1 închis și cu rezistența R în stator. După timpul de pornire se închid contactele C2 iar rezistențele vor fi în scurt.

Această metodă este simplu de realizat dar comportă pierderi în rezistențe.

Pornirea stea-triunghi decurge în felul următor: la conectare mașina asincronă cu rotorul în scurtcircuit, are statorul legat în stea după care, când viteza unghiulară ajunge aproape de (0,9÷0,95)·Ω, se trece la funcționarea în trunghi. Prin funcționarea la început în conexiune stea, curentul se reduce de 3 ori, iar tensiunea de ori, față de funcționarea în triunghi. Din păcate și cuplul se va reduce de 3 ori, ceea ce face ca această metodă să se aplice mai mult la pornirile în gol sau în sarcină redusă.

Pornirea prin creșterea continuă a tensiunii aplicate, se realizează cu ajutorul unor variatoare de tensiune alternativă (VTA). Schema electrică este prezentată în figura 4.4. Creșterea continuă a tensiunii de alimentare se realizează prin comanda corespunzătoare a tiristoarelor unui variator de tensiune alternativă.

Fig.4.4.Pornirea cu VTA.

Alegerea motorului se face pe baza datelor de catalog ale acestuia, ținănd cont de observațiile anterioare, având grijă să nu se aleagă un motor prea mare care ar deteriora randamentul instalației.

4.2 Alegerea cuplajului

Transmiterea mișcării de la sursa de putere la pompă se poate reliza prin: cuplare directă , reductor mecanic sau transmisie prin curele. Ultimele două soluții se folosesc atunci când turația motoarelor de antrenare diferă de cea a pompelor antrenate.

Cuplarea directă, care este cea mai răspândită, se folosește în situațiile în care turația pompei este aceeași cu turația motoarului și ea se realizează prin intermediul unui organ de mașină denumit „cuplaj”. Condiția esențială, care trebuie îndeplinită în acest caz , constă în obținerea unei coaxialități cît mai corecte, între arborele pompei și cel al motorului. Din acest punct de vedere, cuplajele utilizate la pompe se împart în două categorii: cuplaje rigide și cuplaje elastice.

Cuplajele rigide presupun realizarea unei coaxialități perfecte între cei doi arbori, nefiind admise în mod practic abateri. Dacă aceastăă condiție nu poate fi îndeplinită , urmarea este uzura prematură și defectarea lagărelor de susținere a arborilor respectivi. În practică obținerea unei coaxialități fără abateri este anevoioasă, de aceea utilizarea cuplajelor rigide la pompe este limitată.

Cel mai răspândit tip de cuplaj este cuplajul elastic, la care, așa după cum indică și numele, transmiterea momentului se face prin intermediul unor elemente elastice ce preiau atât abaterile de coaxialitate–în anumite limite–cât și șocurile transmise de către mașina de antrenare. Actualmente în tehnica mondială sunt cunoscute o sumedenie de soluții constructive de cuplaje elastice, dar dintre toate, cele mai utilizate sunt: cuplajul cu bolțuri și cuplajul cu gheare și lamele din cauciuc.

Fig.4.5 Cuplajul elastic

În figura 4.1 este prezentat un cuplaj elastic cu bolțuri. El este alcătuit din semicuplele cu butuc 1 și 4, bolțul din oțel 2 și bucșele 3, confecționate din cauciuc sau piele.

Se observă că momentul transmis de semicupla 1, prin intermediul bolțului 2 , este preluat de bucșele elastice 3.

Cuplajul elastic cu bolțuri, permite compensări ale abaterilor arborilor de la coaxialitate de până la 0,3…0,6 [mm] pentru deplasări radiale, și sub 10 pentru deplasările unghiulare.

Deplasările axiale mici sub sarcină sunt compensate prin deformarea axială a bucșei de cauciuc. Cuplajele elastice cu bolțuri sunt standardizate în STAS 5982-74.

În cazul utilizării unui cuplaj cu flanșe, acestea nu permit abateri unghiulare, deci trebuiesc centrate perfect. Tipul cuplajului se alege din catalog alegându-se un cuplaj STAS pe baza condițiilor impuse.

Fig 4.6. Cuplaj cu flanșe.

Pașii ce trebuiesc urmați înaintea alegerii unui cuplaj cu flanșe sunt:

-Se calculează momentul de torsiune transmis de către motorul electric cu relația:

;(daN·mm) (4.5)

unde: P – este puterea transmisă (se poate aproxima cu puterea electrică consumată)

n-este turația motorului.

Alegerea cuplajului se face pe baza momentului nominal maxim Mtc care poate fi transmis:

(Nm); (4.6)

Coeficienții K1 (care ține seama de importanța transmisiei) și K2 (care ține seama de condițiile de funcționare a cuplajului) se aleg din tabelul de mai jos și sunt standardizate conform STAS 6589-74, astfel:

Tabela 4.2

Gradul de importanță a transmisiei K1:

Ruperea cuplajului poate provaca:

– oprirea mașinii

– avarierea mașinii

– avarierea mai multor mașini

– victime omenești

-K2 = 1,25 pentru motor hidraulic sau pompe.

– Se calculează momentul de torsiune transmis de cuplaj:

(4.7)
unde: cs-este un coeficient de siguranță (1,5).

-Se alege din catalog cuplajul, astfel încât să corespundă capetele de arbori (pompei și al motorului), respectiv să fie îndeplinită condiția:

(4.8)
-Se face verificarea bolțurilor la forfecare:

(4.9)
Bolțurile se realizează de obicei din OLC 45 îmbunătățit iar semicuplajele se realizează din fontă, fixarea acestora pe arbori facându-se cu ajutorul penelor.

Ca și în cazul cuplajului cu flanșe, înaintea alegerii cuplajului elastic cu bolțuri STAS, se fac calculele preliminarii, urmate de verificarea rezistenței cuplajului ales la eforturile la care urmează a fi supus.

CAPITOLUL 5

Poriectarea și dimensionarea instalației

5.1 Dimensionarea bateriei solare

Datele de catalog ale unei celule solare sunt:

– aria suprafeței S (cm2);

– curentul la scurtcircuit: Isc=Is (mA);

– tensiunea la funcționare în gol U0 (V);

– temperatura de funcționare acelulei T (șK);

– valoarea fluxului de fotoni: P (W/m2);

Din aceste valori date în catalogul, celulei de către firma producătoare se determină următorii parametrii:

– Tensiunea corespunzătoare puterii maxime:

; (5.1)

unde:

; (5.2)

Ecuația (5.1) este o ecuație transcendentă care se rezolvă pe cale grafică rezultând valoarea tensiunii corespunzătoare puterii maxime a celulei.

– Curentul corespunzător puterii maxime se obține din (2.16) cu Ip calculat din (2.10):

(5.3)
-Rezistența de sarcină optimă este:

(5.4)

-Puterea maximă utilă debitată va fi:

(5.5)

-Randamentul corespunzător puterii maxime debitate este dat de relația:

(5.6)

Tensiunea termică a celulei (rel 2.10) este:

(5.7)

În cazul unui sistem de pompare când mașina electrică de acționare este un motor de curent continuu cu magneți permanenți și drept pompă se utilizează pompa centrifugală, rendamentul are expresia:

(5.8)

unde: – P(t) – puterea mecanică utilă (puterea hidraulică utilă);

– Pmax(t) – puterea electrică (UmIm) maximă generată de CFE;

– t1 – timpul când începe pomparea; 6÷12 intervalul de timp corespunzător jumătății unei zile.

Pentru aproximarea analitică a caracteristicii externe a bateriei solare folosite se adoptă relația:

(5.9)
pentru o singură baterie (cu Is1=13,6(A), U0=176 (V)) și:

(5.10)

pentru două baterii conectate în paralel (cu Is2=27,2 (A), U0=176 (V)).

Între bateria solară și motorul de curent continuu se interpune un sistem de asigurare a funcționării în regim de putere maximă (punctul Pmax din fig 2.3), sistem notat în figura 5.1 prin SFPM (Sistem Funcționare Putere Maximă). Acesta este în fond, un variator de tensiune continuă de tip special.

Fig 5.1 Sistem fotoelectric de pompare

a)Mcc-motor de curent continuu cuplat cu pompă, alimentat prin SFPM de la bateriile solare;

b)schema electrică cu parametrii reduși la nivelul de tensiune al bateriei solare.

Neglijând pierderile în SFPM, se poate scrie:

(5.11)

sau:

(5.12)

Pentru motorul de curent continuu avem:

(5.13)

unde: Ri – rezistența indusului m.c.c;

Ue – tensiunea indusă în m.c.c (Ue=Ke·Ω).

Prin împărțirea cu raportul de transformare „n”,obținem:

(5.14)

unde: ;-sunt mărimi ale motorului de curent continuu reduse la nivelul bateriei solare.

Prin înmulțirea ecuației (5.11) cu I1, obținem pentru „n”relația:

(5.15)

de unde:

(5.16)

Curentul I2 prin m.c.c rezultă din:

(5.17)

și prin urmare:

(5.18)

Cuplul la o pompă centrifugă este:

(5.19)

Viteza unghiulară a rotorului motorului de antrenare se deduce ușor din ecuațiile motorului de curent continuu, care sunt:

(5.20)

cuplul de frecări este:

; (5.21)

Prin urmare, la pompa centrifugă, cuplul electromagnetic se scrie sub forma:

(5.22)

Deoarece bataria solară este fixă, (fără sistem de urmărire a mișcării aparente a Soarelui pe cer), tensiunea de la funcționare în gol (U0) și curentul de scurtcircuit (Is) se vor modifica în timp de la valorile minime corespunzătoare primelor ore de la răsăritul Soarelui până la valorile maxime când razele solare sunt perpendiculare pe celulele solare.

În aceste condiții și puterea maximă captată de baterie este variabilă, în timp (fig 5.2 și 5.3).

Ordinea curbelor din figura 5.2 este valabilă pentru o zi cu cer senin și situația unui cer acoperit cu nori este caracterizată prin coeficienți de reducere a iluminării.

Fig.5.2.Evoluția în timpul unei zile a performanțelor unei baterii solare.

În figura 5.3 este dată variația în timp a randamentelor de conversie pentru pompa centrifugă:

Fig 5.3 Randamentele și puterea maximă la un sistem de conversie baterie solară-M.c.c-pompă centrifugă.

În cazul când alimentăm motorul prin intermediul SFPM, oricare ar fi caracteristica externă dată în figura 5.2, punctele de funcționare vor fi numai cele caracterizate de produsul U1I1-maxim (punctele Pmax 1÷7).

Raportul de transformare „n”-rel (5.16)-se poate determina dacă se cunoaște tensiunea electromotoare Ue (Pmax și I1fiind cunoscuți).

În cazul pompei centrifugale cuplul fiind dat de relația (5.22), ecuația care dă valoarea lui Ue, rezultă sub forma:

(5.23)

Ecuația (5.23) se rezolvă pe cale numerică sau prin metode grafice, nefiind posibilă o rezolvare directă.

În cazul utilizării unor module fotoelectrice, se are în vedere combinarea acestora prin legare în serie și paralel pentru a obține tensiune și puterea electrică necesară pentru motorul de antrenare, suprafața acestora fiind direct proporțională cu puterea electrică debitată, depinzând de parametrii de catalog a-i modulelor folosite.

Alegerea bateriei solare se face pe baza datelor de catalog speificate de către producător, pentru fiecare tip de convertor fotoelectric.

La alegerea și dimensionarea bateriei trebuiesc corelate între ele debitul pompei, puterea motorului de antrenare și prețul bateriei necasară pentru a debita puterea electrică respectivă, fără a supradimensiona vre-unul din componente care ar duce la randamente foarte scăzute.

5.1.1 Poziționarea bateriei solare

Bateria solară poate fi fixă sau poate fi dotată cu sistem de urmărire a Soarelui pe bolta cerească. În acest caz, căștigul de energie este mult mai semnificativ comparativ cu sistemul fix, deoarece pe lângă radiația difuză, asupra captatorului cade un flux luminos maxim,perpendicular pe acesta.

Calculul simplificat al raportului dintre energia captată de o baterie solară fixă și energia unei baterii cu sistem de urmărire a mișcării Soarelui pe care se bazează numai pe unghiul α între raza solară și orizontala locului (la momentul de timp t).

Fig 5.4 Baterie solară fixă.

(5.24)

iar la momentul B corespunzător unghiului α+dα, suprafața este:

(5.25)

Considerând mișcarea aparentă a Soarelui pe cer de la răsărit la apus, în intervalul de timp T0 se poate scrie:

(5.26)
și deci:

(5.27)

Energia captată în intervalul de timp dt, la unghiul α, va fi:

(5.28)

unde: KS – constanta solară (KS = 1 KW/m2 la cer senin).

Energia la o baterie solară cu sistem de urmărire este:

(5.29)

deoarece suprafața este tot timpul orientată perpendicular pe razele Soarelui.

Prin urmare raportul energiilor are valoarea:

(5.30)

adică cu 37% mai multă energie captează un sistem mobil față de unul fix, facându-l competitiv economic pe cel mobil la puteri mari și zone cu radiație zilnică permanentă.

5.2 Înmagazinarea energiei solare

Pentru a dispune de energie electrică și în cazul când cerul este acoperit cu nori, se impune intercalarea între bateria solară și pompa de apă, a unui sistem de înmagazinare a energiei electrice.

Cea mai potrivită soluție este înmagazinarea energiei solare sub formă de energie chimică în acumulatoare electrolitice, care permit alimentarea cu energie electrică a sistemului de pompare și în cazul când cerul este acoperit cu nori, temporar sau pe perioade de timp mai mari, având rol și de a compensa și uniformiza variațiile de putere electrică.

Sistemul de înmagazinare a energiei, este compus din bateria de acumulatoare și circuitul de încărcare-descărcare, care controlează procesul de încărcare, respectiv, de descărcare a acumulatorului electric prin sarcină, având rolul de a menține în limitele stabilite a tensiunii la bornele acestuia.

După natura electrolitului se disting trei mari clase de acumulatoare:

acumulatorul acid – pe bază de plumb și acid sulfuric;

acumulatoare alcaline – electrolitul este o bază;

– nichel-cadmiu, nichel-fier, nichel-zinc, argint-zinc, etc.

acumulatoare neconvenționale cu electrolit apos:

– acumulatoare redox;

– acumulatoare cu solvent organic;

– acumulatoare care funcționează la temperaturi ridicate.

Cea mai mare pondere de utilizare o are acumulatorul acid cu plumb, acesta putând fi utilizat pentru înmagazinarea energiei solare în aplicația prezentată.

Acumulatorul acid cu plumb este definit de următorul lanț electrochimic:

(-) Pb / PbSO4 / H2SO4 / PbSO4 / PbO2 / Pb (+)

Procesul chimic de conversie este următorul:

descărcare

Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O

încărcare

Se construiește în special pentru:

– demaraj auto, având ponderea cea mai mare. Funcționează un timp scurt de 3s-3min;

– tracțiune electrică- la electrocare, electrostivuitoare, submarine.Sunt solicitate în cicluri zilnice de descărcare-încărcare;

– surse staționare de energie electrică-au capacități de 20Ahl-1200Ah, și sunt utilizate la centralele telefonice, alimentarea de rezervă din centralele electrice, centre de calcul, spitale, etc.

Costurile inițiale și costurile pe Ah / ciclu sunt cele mai mici la acumulatoarele acide cu plumb. În raport cu durata de funcționare acumualtorul alcalin Ni-Fe și acumulatorul acid cu plumb sunt superioare celorlalte. Energia specifică cea mai mare o au sistemele metal-aer și argint-zinc, însă prețurile lor sunt destul de ridicate.

5.2.1 Determinarea capacității bateriei de acumulatoare

Acumulatoarele electrice nu au o capacitate constantă, ea fiind influiențată de regimul de încărcare-descărcare și de temperatură (scade cu 1% pentru fiecare grad).

La acumulatoarele auto capacitatea nominală este definită având în vedere 2h (se notează C20), la acumulatoarele de tracțiune 5h (C5), iar la acumulatoarele staționare 10h (C10). În acest interval de timp acumulatorul trebuie să furnizeze un curent constant I, fără a ajunge în situația ca procesele electrochimice din interiorul său să devină ireversibile:

(5.31)
unde: a=5;10 sau 20;

În practică acumulatorul este solicitat mult diferit de curentul nominal, rezultând astfel o capacitate diferită de cea nominală.

Se folosește, pentru determinarea capacității, la alți curenți decât cel nominal, formula empirică a lui Peukert, care are următoarea formă:

(5.32)

unde: n = 1,21(pentru auto);

n = 1,5(pentru plăci de mare suprafață).

Caracteristicile acumulatorului utilizate ca și surse staționare sunt: capacitatea C10(Ah),și curentul nominal In(A).

(5.33)

– urmează ca acumulatorul să debiteze pe o sarcină (motorul de curent continuu care antrenează pompa centrifugă) curentul Ix(A) care trebuie să fie egal cu curentul nominal al motorului de antrenare.

Ținând cont de acestea putem determina următorii parametrii:

– timpul de descărcare tx:

(5.34)

– capacitatea disponibilă, este:

;[Ah] (5.35)

Capacitatea disponibilă trebuie să fie cel puțin egală cu capacitatea nominală a bateriei da acumulatoare.

5.3 Alegerea stabilizatorului de tensiune

Stabilizatorul de tensiune permite ca oricare ar fi caracteristica externă a bateriei solare date în figura 5.2 punctele de funcționare să, fie numai cele caracterizate de produsul U1·I1-maxim, ceea ce determină o îmbunătățire a performanțelor instalației de pompare a apei cu ajutorul energiei solare.

Marea majoritate a stabilizatoarelor de tensiune se bazează pe caracteristica diodei Zener, de a-și menține tensiunea la borne constantă, la polarizare inversă.

Există pe piață o gamă foarte variată de stabilizatoare cu performanțe foarte ridicate. Alegerea stabilizatorului se face pe baza parametrilor bateriei solare și a motorului de acționare, urmând ca stabilizatorul ales să acopere domeniul de funcționare impus.

Principalii parametri după care se face alegerea stabilizatorului sunt:

– plaja tensiunilor de intrare (date de bateria solară);

– tensiunea stabilizată cu care se alimentează motorul de cutrent continuu;

– puterea electrică vehiculată;

– prețul stabilizatorului.

Un stabilizator de tensiune menține tensiunea de ieșire constantă în condițiile în care variază tensiunea de intrare, sarcina și temperatura.

Sursele de tensiune constante pot fi de tip paralel sau serie. Principiul de lucru se poate imagina folosind circuitul echivalent din figura 5.5.

Fig 5.5 R1, R2 – dipoli folosiți ca element de reglaj.

Pe baza acestui circuit, o tensiune U0 se poate stabiliza față de variațiile tensiunii de intrare Ei sau a sarcinii I0 făcând reglaje compensatorii asupra „rezistențelor” R1 și R2. Dacă R1 este fix (o rezistență) și se reglează R2 se obține un stabilizator paralel, iar dacă R2 este fix (o rezistență) și se reglează R1 se obține un stabilizator serie:

Fig.5.6 Stabilizator cu element de reglare în serie ES.

Stabilizatoarele serie cu tranzistoare comandate sunt preferate pentru a obține tensiuni reglabile, constante, relativ la variația curentului de sarcină. Ele au o eficiență mai bună decât stabilizatoarele paralel cu tranzistoare comandate, dar necesită circuite suplimentare de protecție a elementului serie împotriva sarcinii în general și în special în condiții de scurtcircuit la bornele de ieșire.

FIG 5.7 Stabilizator de tensiune serie cu tranzistor.

Pentru a mări și mai mult stabilitatea tensiunii de ieșire se folosesc amplificatoare de eroare care comandă elementul regulator serie. Circuitul de bază al unui stabilizator serie cu amplificator de tensiune de eroare este prezentat în figura 4.4

Fig 5.8 Stabilizatoare serie cu amplificator de tensiune.

Tranzistorul serie reglator (în cazul general un tranzistor compus) este Tr1, iar tranzistorul amplificator de eroare T2. Dioda stabilizatoare D determină o tensiune de referință în emitorul tranzistorului T2 și deci tensiunea de eroare este variația tensiunii baza- emitor a acestui tranzistor.

La proiectarea unei astfel de stabilizator trebuie să se țină cont de curentul de bază al tranzistorului regulator Tr1 care trebuie să fie relativ mic față de curentul colector al tranzistorului amplificator de eroare.

Fig 5.10 Stabilizator cu βA 723

În cele ce urmează se prezintă o schemă de bază a unui stabilizator de tensiune cu amplificator operațional.

Fig 5.11 Stabilizator de tensiune cu amplificator operațional (AO).

Ui-tensiune de intrare;

Us-tensiune stabilizată;

Dz-diodă Zener.

Tranzistorul T are rolul de reglaj fiind plasat în nserie între intrare și ieșire. Amplificatorul operațional are rol de detector și amplificator de eroare și comandă în bază tranzistorul de reglaj.

Dioda Zener are rol de element de referință, tensiunea la bornele ei fiind constantă.

Pentru ca variațiile tensiunii de intrare să se simptă cât mai puțin asupra curentului din R1 și din Dz, trebuie ca R1 să aibă valori ridicate (sute de KΩ).

Reacția formată din R5 și D5 are rolul de a aduce un curent suplimentar prin Dz astfel încât să își păstreze proprietatea de stabilizator și dacă Ui scade foarte mult.

Schema electrică se realizează cu circiute electronice de putere, având în vedere tensiunile folosite, componentele urmând a fi dimensionate să reziste curenților și tensiunilor din circuit.

5.4 Alegerea invertorului

Datorită faptului că ponderea în utilizarea motoarelor electrice de curent alternativ pentru realizarea acționărilor electrice, este cu mult superioară față de cea a motoarelor electrice de curent continuu, fapt datorat diferenței de preț favorabil motoarelor de curent alternativ (în special motoare electrice de curent alternativ asincrone) și a siguranței mai mari în funcționare (fiabilitate ridicată), în sistemul de pompare a apei cu ajutorul energiei solare, se poate utiliza cu succes, ca acționarea pompei centrifuge de apă să se realizeze cu ajutorul unui motor electric de curent alternativ, de preferat motorul asincron.

Convertorul fotovoltaic (bateria solară), din cauze ce depind de natura principiului lor de funcționare pot debita doar curent continuu. Din aceste motive, în schema electrică a instalației, ca aceasta să poată alimenta un motor de curent alternativ, se prevede intercalarea unui sistem electronic ce are rolul de a transforma energia electrică de curent continuu, în energie electrică de curent alternativ, cu parametrii bine definiți, care în cazul nostru sunt de preferați parametrii industriali: tensiunea efectrivă U=220(V),la o frecvență de f =50(Hz), care permite utilizarea unor motoare electrice standardizate, care funcționează la acești parametrii, reducându-se costul total al instalației.

Transformarea tensiunii continue in tensiune alternativă are un mare avantaj, deoarece în perioadele de timp când nu este necesară pomparea de apă, bateria solară poate alimenta și alte aparate electrice de curent alternativ (marea majoritate a aparatelor electrice dintr-o gospodărie obișnuită), cu condiția ca puterea electrică absorbită de ecestea să nu depășească capacitatea convertorului fotovoltaic.

O idee interesantă ar putea fi aceea (în cazul proiectării unui convertor fotovoltaic de putere mare), de a transfera energie elctrică rețelei industriale, bineînțeles respectănd condițiile impuse.(tensiune ,frecvență, cosφ,etc.).

Transformarea energiei electrice de curent continuu în energie electrică de curent alternativ se realizează cu circuite electronice specializate denumite invertoare.

Invertorul este o instalație electronică ce transformă energia de curent continuu în energie de curent alternativ de o anumită formă, amplitudine și frecvență. Din punct de vederea al formei tensiunii ce rezultă la bornele unui consumator alimentat prin invertor, deosebim două mari tipuri de invertoare:

– invertoare PWM;

– invertoare cu tensiune de formă dreptunghiulară.

La invertoarele PWM tensiunea de alimentare provine, de regulă de la un redresor necomandat, în cazul nostru, tensiunea stabilizată de la bornele convertorului fotovoltaic.Frecvența și amplitudinea tensiunii de la ieșire se asigură prin procedee PWM. Există numeroase metode prin care se realizează modularea în durată a tensiunii de ieșire. O atenție deosebită va fi acordată modulării în durată de către un semnal sinusoidal.

Fig 5.12 Invertor monofazat cu motor de c.a

La invertoarele din a doua categorie, tensiunea de alimentare care provine fie de la o baterie, fie de la un sistem de redresare este menținută constantă, iar tensiunea alternativă, de formă dreptunghiulară are, posibilitatea modificării frecvenței.

Dacă se dorește și modificarea amplitudinii tensiunii de ieșire, atunci este nevoie să se modifice valoarea tensiunii de alimentare a invertorului.

Invertorul, ca sistem de conversie a energiei (fig 5.13,a), transformă tensiunea constantă Ui într-o tensiune alternativă, care, dacă este și filtrată corespunzător, se apropie ca formă de o tensiune sinusoidală.

Dacă invertorul alimentează o sarcină cu caracter inductiv, cum ar fi un motor de curent alternativ, între curentul produs i0 și tensiunea u0 apare un defazaj (fig 5.13,b).

În intervalul 1 al diagramei atât u0 cât și iosunt pozitive, în timp ce în intervalul 3 sunt negative. Aceasta înseamnă că în intervalele 1 și 3 puterea instantanee (p0=u0i0) se transferă dinspre sursa de alimentare spre consumator, corespunzând modului de funcționare ca invertor al instalației. În contrast, când u0 și i0 au polaritate opusă, în intervalele, 2 și 4, p0 circulă dinspre consumator spre sursa de alimentare. Se spune că avem de a face cu funcționarea instalației în regim de redresare. O astfel de comportare a invertorului permite să se facă aprecierea că pe o perioadă a semnalului alternativ produs la ieșire rezultă o posibilă funcționare a instalației în cele patru cadrane ale caracteristicii i0=f(u0) (fig 5.13 c).

Pentru a explica principiul conversiei energiei de curent continuu în energie de curent alternativ ne folosim de o schemă a cărei structură este prezentată în fig 5.13 Pentru a ușura înțelegerea funcționării unei astfel de structuri, considerăm că punctul „0” al cărui potențial este jumătate din cel al tensiunii de alimentare este accesibil și față de el raportăm alte potențiale din schemă. Vom mai considera tensiunea de alimentare Ui constantă iar comanda comutatoarelor se face cu un semnal modulat în durată.

Fig 5.13 Invertor: schema bloc, forme de undă.

Fig 5.14 Invertor monofazat în semipunte

Un invertor de acest tip trebuie să producă la ieșire o tensiune sinusoidală la care să se poată regla atât amplitudinea cât și frecvența. Cerința poate fi satisfăcută dacă semnalul de comandă de formă sinusoidală se compară cu un semnal truinghiular de o anumită frecvență (fig 5.15). Înainte de a descrie funcționarea unui astfel de invertor este necesar să definim câteva mărimi, și anume:

– tensiunea triunghiulară, uT, de frecvență fS, frecvență sub care comută elementele active ale invertorului;

– tensiunea de comandă, uc, de formă sinusoidală, de frecvență f1, care reprezintă tensiunea modulatoare și care, totodată, impune frecvența fundamentalei din tensiunea de ieșire;

– gradul de modulație, ma, definit ca :

(5.36)
unde: ucmax este amplitudinea tensiunii modulatoare, iar uTmax este amplitudinea tensiunii triunghiulare, amplitudine ce se menține constantă;

Fig.5.15.Diagrama pentru sistemul PWM

– factorul de modulație în frecvență, definit ca:

(5.37)

Pentru invertorul din figura 5.14, comutatoarele TA+, TA- (în realitate tranzistoare de putere, de comutație) sunt controlate de semnale ce rezultă în urma comparării tensiunilor uc și uT, tensiunea de ieșire nedepinzând de sensul curentului i0. Astfel:

TA+ este închis și ,

, TA- este închis și (5.38)

Cum cele două comutatoare nu sunt simultan închise, respectiv deschise, tensiunea uA0 fluctuează ăntre Ui/2 și –Ui/2. Fundamentala tensiunii uA0 este reprezentată în figura 5.15, pentru mf=15 și ma=0,8.

Spectrul de armonici al tensiunii uA0 este redat în figura 5.15,c. Se desprind următoarele aspecte:

a) amplitudinea componentei fundamentale , (uA0)1, este de ma ori tensiunea Ui/2. Acest lucru poate fi explicat considerând , pentru simplificare, tensiunea uc constantă (fig 7.4).

Valoarea medie a tensiunii de ieșire, în cazul sistemului PWM, este dată de relația:

(5.39)

Această expresie este acceptată deoarece frecvența tensiunii triunghiulare este mare, iar între două vârfuri ale tensiunii triunghiulare putem considera că uC nu variază (fig 5.16).

Dacă tensiunea de comandă variază sinusoidal și este de frecvență f1 , frecvență ce se dorește a fi și a fundamentalei tensiunii de ieșire, atunci:

(5.40)

unde ucmax<=uTmax.

Fig 5.16 Modulare în durată cu tensiune sinusoidală.

Din relațiile (5.39)și (5.40) rezultă că fundamentala tensiunii de ieșire se poate scrie :

,(pentru ma1). (5.41)

Din relația (5.41) rezultă că amplitudinea tensiunii de ieșire este:

, (pentru ma1) (5.42)

b) Armonicele din spectrul tensiunii de ieșire apar ca benzi laterale față de frecvența de comutație fs .Pentru mf9 (caz foarte răspândit), amplitudinile armonicilor devin practic independente de mf.

c) mf trebuie să fie „impar”.Ca urmare în spectrul tensiunii uA0 avem numai armonici de ordin „impar”, cele de ordin „par” sunt nule, coeficienții termenilor în „cos” din dezvoltarea în serie Fourier fiind nuli.

Alegerea frecvenței de comutare fs se face astfel încât filtrarea tensiunii de ieșire să se realizeze cât mai eficient. Este de dorit, din acest punct de vedere, ca fs să fie cât mai mare. Dar pe măsură ce fs crește, cresc pierderile de putere în comutație. În cele mai multe aplicații (valabil și în cazul sistemului de pompare analizat) se alege frecvența fs fie sub 6 kHz, fie peste 20 kHz, pentru a nu intra în spectrul acustic. Pentru aplicații ale invertoarelor în acționarea motoarelor de curent alternativ (50 Hz), se alege pentru mf9, ceea ce corespunde unei frecvențe fs de 2 kHz sau mf =100, dacă fs20 kHz. Ca valoare uzuală se adoptă mf =21.

Cu privire la alegerea lui mf =21 ca valoare uzuală în proiectarea și realizarea sistemelor de comandă pentru invertoarele PWM, se impun enumerarea câtorva considerente ce rezultă din literatura de specialitate:

– Dacă mf < 21, este de preferat sincronism între semnalul rectangular și cel sinusoidal, astfel rezultând subarmonici, altele decât cele prezentate în figura 5.15, c. La trecerea prin zero a celor două tensiuni uc și uT , ele trebuie să fie de polaritate opusă.

– Dacă mf > 21, nu există sincronism între uc și uT , amplitudinea armonicelor de ordin superior sunt neînsemnate în raport cu fundamentala.

– Dacă mf >1, se instalează regimul de funcționare numit supramodulație .Formele de undă din figura 5.15 ne arată că în cazul când ma < 1, amplitudinea fundamentalei nu poate fi mărită oricât. Sunt, însă, situații când se cere ca ma >1. Supramodulația creează o tensiune de ieșire care conține mult mai multe armonici decât în cazul ma < 1 (fig 5.17). Armonicele cu amplitudini dominante în sistemul de modulație ma < 1 nu mai sunt dominante în supramodulație. Mai mult, în supramodulație amplitudinea armonicii fundamentale nu mai depinde liniar de ma..

– La invertoarele cu tensiune rectangulară fiecare întrerupător prezentat în figura 7.2 este închis un interval de 180°. Tensiunea de ieșire arată ca în figura 7.7. Analiza Fourier a acestui semnal ne arată că între amplitudinea fundamentalei și tensiunea de alimentare există relația:

(5.43)

și

(5.44)
unde n este ordinul armonicii și are doar valori impare.

Fig 5.17 Armonici datorate supramodulației

Un invertor cu tensiunea de ieșire rectangulară are, însă, un avantaj important față de invertorul PWM. Comutatoarele sale își schimbă starea doar de două ori într-un ciclu, ceea ce este foarte important dacă se comută puteri foarte mari, iar comutatoarele nu sunt capabile să lucreze la frecvențe mari.

Fig 5.18 Controlul Tensiunii prin ma

Dezavantajul esențial al invertorului cu tensiune dreptunghiulară este acela că nu poate regla amplitudinea tensiunii de ieșire.

Fig 5.19 Tensiunea dată de un invertor cu ma>3,24

Principalele tipuri de invertoare ce pot fi utilizate cu succes la realizarea transformării energiei de curent continuu în energie de curent alternativ (cu parametrii rețelei industriale f=50 Hz,U=220V), pentru a permite alimentarea unui motor electric de curent alternativ monofazat, asincron, folosit pentru acționarea pompei centrifuge din aplicația prezentată, sunt următoarele:

-INVERTORUL MONOFAZAT ÎN SEMIPUNTE:

Figura 5.20 prezintă montajul semipunte. Aici, cele două condensatoare de valori egale, divizează la jumătate tensiunea de alimentare. Dacă condensatoarele prezintă valori mari, punctul „0” rămâne constant în timp, iar analiza funcționării este similară cu cea pentru montajul din figura 5.14.

Fig 5.20 Invertor în semipunte

Considerând modul de comandă al comutatoarelor după procedeul PWM, forma de undă a tensiunii u0 arată ca în figura 5.13, b. De remarcat că indiferent de starea comutatoarelor, curentul i0, se împarte în mod egal prin cele două condensatoare. Când T+ și D+ conduc în funcție de sensul lui i0, acesta se împarte în mod egal prin condensatoare. La fel stau lucrurile când T- și D- conduc. Se poate spune că cele două condensatoare C+ și C- sunt conectate în paralel în calea curentului i0 . Astfel se poate explica, în plus ,de ce punctul „0” se consideră ca punct neutru.

La invertorul în semipunte, tensiunea pe comutator și curentul se exprimă estfel:

(5.45)

(5.46)

Întrucât i0 circulă prin capacitățile C+ și C- el nu va conține componenta continuă, iar în cazul conectării la ieșire a unui transformator nu se mai poate pune problema saturării miezului datorită polarizării în curent continii a acestuia.

-INVERORUL MONOFAZAT ÎN PUNTE:

El constă din două invertoare în semipunte care debitează pe un circuit de sarcină comun. Cu aceeași tensiune de intrare, maximul tensiunii obținute la ieșire este dublu față de montajul în semipunte. Ca urmarre, la o anumită putere la ieșire, curentul prin comutatoarele punții este jumătate din curentul ce parcurge un comutator din montajul semipunte. La invertoarele de putere mare această constatare constituie un avantaj esențial.

Fig 5.21 Invertor în punte

În funcție de forma tensiunii obținute la ieșire deosebim două regimuri distincte de funcționare: invertor cu comutare bipolară și invertor PWM în punte cu comutare unipolară a tensiunii.

-INVERTORUL ÎN PUNTE TRIFAZATĂ

Schema electronică, de principiu, a unui invertor în punte trifazată, care furnizează tensiunea de ieșire modulată în durată este prezentată,în figura 5.22.

Fig 5.22 Invertor PWM trifazat.

Invertorul în punte trifazată are ca scop generarea la bornele unui consumator un sistem de tensiuni trifazate la care să se poată controla atât frecvența cât și amplitudinea, cu condiția menținerii constante a tensiunii de la intrare. Principiul după care funcționează un astfel de invertor se bazează pe compararea unei tensiuni triunghiulare de frecvență fixă cu trei tensiuni sinusoidale defazate între ele cu 120˚.

CAPITOLUL 6

6.1 Punerea în funcțiune, supravegherea și întreținerea în perioada de explotare

Verificările ce se efectuează înainte de pornirea propriu zisă au ca scop să ofere garanția îndeplinirii tuturor condițiilor necesare unei funcționări corecte a instalației.

Instalația de pompare a apei cu ajutorul energiei solare fiind compusă din două părți principale: partea electro-mecanică și partea hidraulică, verificările necesare înainte de pornire se referă la controlul valorilor parametrilor acestora.

După ce a fost realizată instalația, a fost montată bateria solară în poziția corespunzătoare (spre Sud), au fost realizate legăturile electrice între baterie, stabilizator, motor electric,a fost montată rețeaua de conducte și a fost montată pompa de apă se vor verifica următoarele:

– Se vor măsura tensiunile la bornele convertorului solar, la intrarea respectiv la bornele de ieșite din stabilizatorul de tensiune. Aceste tensiuni trebuie să aibă valoarea prescrisă de către producător în limitele și condițiile prescrise. În cazul în care aceste tensiuni diferă foarte mult de cele impuse prin calcul se vor verifica corectitudinea legăturilor electrice și se vor înlătura cauzele care provoacă problemele.

– Motorul electric se va verifica întâi fără sarcină (cuplajul desfăcut), la o tensiune recomandată de producător, care să nu provoace defecțiuni prin ambalarea excesivă a lui.

– Înainte de a cupla pompa centrifugă la motor, se va verifica dacă aceasta se poate roti liber (cu mâna), dacă densul de rotație este corespunzător (dacă nu se va inversa polaritatea sursei), se verifică dacă sistemul de ungere este corespunzător.

– Se vor verifica conductele de aspirație și de refulare, dacă îmbinările dintre acestea și pompă, respectiv rezervor sunt corect executate.

Orice anomalie care apare pe parcursul verificării trebuie îndepărtată înaintea pornirii.

O caracteristică a pompei centrifuge este acea că nu aspiră apă dacă nu este amorsată, adică nu există lichid în conducta de aspirație.

Procedeul de amorsare prin sorb cu clapetă constă în următoarele:

– Înainte de pornirea inițială, prin rezervorul de înălțime (în caz că rezervorul nu este accesibil atunci printr-o pâlnie de umplere, situată la partea superioară a pompei), se umple conducta de aspirație și pompa cu lichid care apasă asupra clapetei sorbului și o menține închisă. Pompa se consideră umplută atunci când lichidul ajunge la nivelul pâlniei (rezervorului), după care se înșurubează dopul de închidere.

La pornirea pompei, coloana de lichid fiind continuă, amorsarea poate avea loc, clapeta deschizându-se sub acțiunea curentului de lichid. După oprirea pompei, sensul curegerii se inversează, clapeta se închide și păstrează astfel coloana de lichid pentru o nouă amorsare.

Dacă instalația nu este dotată cu un indicator de nivel maxim, și comanda de pornire-oprire se efectuează manual (pentru a reduce investiția), rezervorul trebuie dotat cu un sistem de semnalizare a ninelului maxim respectiv minim de lichid, care să fie vizibil de către manipulator. Acesta poate fi un mecanism foarte simplu de pârghie care la un capăt are un indicator vizibil din exterior, iar la celălalt capăt are un plutitor care se găsește în rezervorul de înălțime, iar în funcție de starea rezervorului (plin-gol) se poate stabili acest lucru după poziția indicatorului.

În cazul în care rezervorul și întreaga instalație este neprotejată de mediul exterior, se va evita funcționarea acesteia atunci când temperatura aerului scade sub 1șC, ferindu-se astfel distrugerea pompei și a conductelor în urma înghețării apei în ele.

Periodic se vor verifica bateriile solare, urmărindu-se starea acestora, iar în cazul apariției crepăturilor și a altor defecte se va trece la schimbarea modulelor afectate.

Bibliografie

1. N.Ganea – „Alegerea, exploatarea întreținerea și repararea pompelor” – Editura Tehnică, București 1981.

2. M.Babescu – „Conversia energiei și surse” – UTP Timișoara 1990.

3. Maghiar Teodor, Bondor Károly – „Surse noi de energie” – Editura Universității din Oradea 2001.

4. Petrescu Achile,Cimpoia Alexandru „Instalații tehnico – sanitare”- Editura Didactică și Pedagogică – București 1972.

5. Viorel Popescu – „Electronică de putere” – Editura de Vest-Timișoara 1998.

6. D.Dascălu, L.Turic,I.Hoffman – „Circuite electronice” – Editura Didactică și Pedagogică – București.

7. Mircea Ciugudean – „Proiectarea unor circuite electronice” – Editura Facla – Timișoara 1983.