Energia, Notiune Fundamentala a Fizicii

CUPRINS

PREFAȚĂ – energia, noțiune fundamentală a fizicii

1. INTRODUCERE

2. MONOGRAFIA MUNICIPIULUI PITEȘTI

3. SURSE DE ENERGIE

4. SISTEME EOLIENE DE PRODUCERE A ENERGIEI ELECTRICE

4.1. Vântul

4.2. Turbine eoliene

4.2.1. Clasificarea turbinelor eoliene

4.2.2. Elemente constructive din alcătuirea turbinelor eoliene

4.3. Ferme de turbine eoliene

4.4. Impactul turbinelor eoliene asupra mediului

5. ENERGIA SOLARĂ

5.1. Conversia energiei solare în alte forme de energie

5.2. Soarele

5.3. Radiația solară

6. VALORIFICAREA TERMICA A ENERGIEI SOLARE

6.1. Elemente caracteristice ale radiației solare

6.2. Captarea energiei solare

6.3. Captatoare fără concentrarea radiației

6.3.1. Captatoare plane

6.3.2. Captatoare cilindrice

6.3.3. Captatoare semicilindrice

6.3.4. Captatoare plane fără sticlă

6.3.5. Alte tipuri de captatoare fără concentrarea radiației

6.3.6. Captatoare cu tuburi vidate

6.3.7. Captatoare plane cu aer

6.4. Captatoare cu concentrarea radiației

6.5. Considerații practice la proiectarea și construcția captatoarelor

6.6. Performanța diferitelor tipuri de captatoare

6.7. Utilizarea termică a energiei solare

6.7.1. Producerea apei calde menajere

6.7.2. Încălzirea cu energie solară termică

6.8. Acumularea energiei solare

6.9. Aspecte economice și ecologice

7. SISTEME FOTOVOLTAICE

7.1. Generalități

7.2. Celula fotovoltaică

7.3. Fabricarea celulelor fotovoltaice

7.4. Instalații fotovoltaice

8. VALORIFICAREA ENERGETICĂ A BIOMASEI

8.1. Definiția și importanța biomasei

8.2. Procedee de conversie a biomasei

9. VALORIFICAREA ENERGIEI GEOTERMALE

9.1. Generalități

9.2. Valorificarea energiei geotermale

9.3. Impactul tehnologiilor de utilizare a energiei geotermale asupra mediului

10. VALORIFICAREA ENERGIEI HIDRAULICE

10.1. Valorificarea energiei râurilor

10.1.1. Energia râurilor

10.1.2. Componența microhidrocentralelor

10.1.3. Impactul asupra mediului

10.2. Valorificarea energia valurilor

10.2.1. Tipuri de valuri generate de vânt

10.2.2. Tehnologii și echipamente

10.2.3. Impactul asupra mediului

10.3. Valorificarea energia mareelor

11. HIDROGENUL

11.1. Generalități

11.2. Producerea, stocarea, transportul și depozitarea hidrogenului

11.3. Principiul de funcționare al pilei cu combustibil

11.4. Aplicații ale pilelor cu combustibil

11.5. Direcții de cercetare – dezvoltare în domeniul hidrogenului

12. STUDIU ECONOMIC DE CAZ

12.1. Necesarul de putere

12.2. Alegerea panourilor fotovoltaice

12.3. Alegerea bateriilor

12.4. Alegerea invertoarelor

12.5. Alegerea regulatorului de sarcină

12.6. Analiza eficienței economice a sistemului fotovoltaic

13. ASPECTE METODICE PRIVIND PREDAREA DISCIPLINEI „ Resurse regenerabile

de energie ”

13.1. Proiectarea instruirii la nivelul disciplinei „ Resurse regenerabile de energie ”

13.1.1. Contribuția disciplinei la atingerea obiectivelor ciclului de școlarizare

13.1.2. Structura conținutului disciplinei

13.1.3. Corelarea cu alte discipline

13.1 4. Organizarea mediului de instruire

13.2. Proiectarea instruirii pentru unitatea de învățare

13.2.1. Structurarea conținutului

13.2.2. Formularea obiectivelor operaționale

13.2.3. Elaborarea probei de evaluare

13.2.4. Repartizarea conținutului pe ore sau lecții

13.2.5. Stabilirea și asigurarea necesarului de mijloace didactice

13.3. Proiectarea lecției

13.3.1. Proiectarea activității didactice cu tema „ Materiale folosite pentru

construcția captatorului plan ”

13.3.2. Proiectarea activității didactice cu tema „ Captatoare cu concentrarea

radiației ”

13.4. Aspecte metodice privind activitatea educativă cu elevii

14. CONCLUZII

15. GLOSAR DE TERMENI

16. BIBLIOGRAFIE

17. ANEXE

PREFAȚĂ – energia, noțiune fundamentală a fizicii

Motto: „ Materia nu-i decât energie acumulată; și energia poate lua toate formele, de la căderea unei pietre până la gândirea omului. Materia și spiritul sunt două aspecte ale aceleiași substanțe, ale aceleiași existențe, ale aceleiași energii ”. ( Niccolo Machiavelli ).

Energia este capacitatea unui sistem fizic de a efectua lucru mecanic la trecerea dintr – o stare în alta. Etimologic, cuvântul are la bază cuvintele de origine latină energia și de origine greacă enerhia , care au înțelesul de activitate. Conceptul de energie este fundamental datorită legăturii existente între materie și mișcare, dar și datorită producerii și transformării diferitelor forme de mișcare ale materiei ( aceste forme de mișcare se pot transforma unele în altele în raporturi cantitative strict determinate ). Energia este o mărime de stare a unui sistem fizic și definește calitatea schimbărilor și proceselor care au loc în Univers. Exergia și anergia au caracterul unor noțiuni complementare, prin intermediul cărora se poate exprima orice formă de energie. Partea din energie care se poate transforma se numește exergie ( de exemplu, energia electrică, care în condiții ideale este reversibilă integral în alte forme de energie ), iar partea care nu se poate transforma, anergie ( de exemplu, căldura disponibilă la temperatura mediului ambiant, care nu se poate transforma, ci doar se poate ceda ). [ 36 ]

În Sistemul Internațional, energia se măsoară în joule ( J ) [ 57 ],

J = N · m = Pa · m3 = W · s,

În ( Anexele 1. și 2. ) sunt date și alte unități de măsură pentru energie, inclusiv prefixele multiplilor și submultiplilor unităților de măsură.

1. INTRODUCERE

Energia reprezintă sângele unei economii și, în final, al unei civilizații. În etapa actuală omenirea își satisface necesarul de energie primară în proporție de 85 % din combustibili fosili ( cărbune, petrol, gaze naturale ), care reprezintă resurse epuizabile și poluante. Emisiile de gaze de ardere cu efect de seră constituie principala cauza a schimbărilor climatice. Energia hidro acoperă sub 7 % din energia primară, iar energia nucleară sub 6,5 %. În viitorul apropiat nu se întrevede o creștere importantă a ponderii marilor amenajări hidro și a energiei nucleare, mai ales după accidentele de la Cernobîl, Kozloduy și Fukushima. Totuși, aceste surse de energie nu sunt repartizate uniform pe glob, rezultând diferențe foarte mari între zone. În plus, sursele de energie enumerate mai sus, nu – și dovedesc încă din plin adaptabilitatea satisfăcătoare cerințelor. De aceea se caută tehnologii de convertire cu efecte economice, sigure și fiabile, adică soluții mulțumitoare care să îmbine bilanțul energetic cu considerentele economice și ecologice. Mai mult, pe lângă aspectele cantitative ale energiei, se iau în considerare și aspectele calitative ( avantajele și dezavantajele fiecărei resurse energetice ). Nu orice sursă poate fi introdusă în circuitul energetic, deoarece pot să apară deformări ale raporturilor economice. Pe de altă parte, producerea în mare măsură a unor forme de energie poate să aducă prejudicii importante mediului. Nu este suficient să se înlocuiască o sursă convențională de energie, ci trebuie să se asigure un regim energetic de durată al noii surse introduse. Cooperarea internațională poate să rezolve viitorul energetic al omenirii, prin noi resurse de energie utilizate în condiții avantajoase. Această cooperare constă în cercetare, experimentare, implicare și nu în ultimul rând, finanțare și investiții.

Știința și tehnica au avut o evoluție relativ lentă până la apariția electricității. Astfel, putem vorbi în epoca noastră de o tehnică avansată în toate domeniile de activitate, iar aplicațiile electronicii, a laserului, a informaticii, a fibrelor optice, a roboticii, etc. sunt dezvoltări remarcabile în care electricitatea și energia au marcat o prezență importantă. Nevoia de energie se mărește odată cu industrializarea, cu progresul, cu creșterea populației. Energia este o condiție importantă a întreținerii și dezvoltării omenirii, iar principala problemă se referă la procurarea acestei energiii. Electricitatea și – a găsit aplicații în toate domeniile activității omului, începând cu lumina artificială și continuând cu aparatele electrice pentru nevoi casnice. Electricitatea devine indispensabilă și omniprezentă.

Dintre multiplele probleme pe care omenirea le – a avut de rezolvat de – a lungul timpului, energia rămâne principala problemă de rezolvat, de ea depinzând funcționarea și dezvoltarea omenirii în viitor. Marea provocare este de a produce și utiliza o energie curată ( nonpoluantă ), durabilă și produsă la un cost rezonabil.

Pe lângă problema asigurării energiei, problemele globale ale mediului ( poluarea și schimbările climatice ) au devenit deosebit de importante și au creat necesitatea inițierii unor acțiuni suplimentare care să sensibilizeze forurile de conducere naționale și internaționale să ia în timp util măsuri funcționale. Astfel, în 1983, Organizația Națiunilor Unite a înființat Comisia Mondială pentru Mediu și Dezvoltare ( cunoscută sub denumirea de Comisia Brundtland ), care, în 1987 a elaborat Raportul Brundtland, în care se subliniază necesitatea unei dezvoltări durabile. Pentru definirea acestui concept se preia definiția lui Lester Brown:

„ Dezvoltarea durabilă este aceea care asigură necesitățile generației prezente, fără a compromite capacitatea generațiilor viitoare de a – și asigura propriile necesități ”. Un vechi proverb amerindian dă cea mai frumoasă definiție a dezvoltării durabile: „ Noi nu moștenim pământul de la strămoși, ci îl împrumutăm de la copii noștri ”.

În 2012 populația planetei noastre era de peste 7 miliarde de locuitori, iar estimările arată o creștere constantă a acestei cifre. Din totalul de locuitori, aproape un miliard de oameni suferă de foame, peste 1,5 miliarde nu au acces la electricitate, iar în emisfera sudică există zone întinse unde principala sursă de energie este biomasa. Toate aceste contraste, împreună cu distrugerea mediului înconjurător, pot să ducă la situații conflictuale greu de rezoltat și mai apoi, la o catastrofă globală. Creșterea economică necesită consum de energie primară tot mai mare.

Încălzirea globală este un fenomen firesc, ciclic și îngrijorător. Acest fenomen se încadrează în variabilitatea pe termen lung a climei, dar nu reprezintă singura cauză a schimbării climei globale. Încălzirea globală s – a accentuat constant după perioada industrializării masive, din cauza creșterii concentrației gazelor cu efect de seră, în principal de dioxid de carbon, rezultat în urma arderii biomasei și a combustibililor fosili. Dar, Pământul se poate încălzi și singur din cauze naturale, sau datorită evoluției Soarelui.

Efectul de seră este cauzat de gazele de seră, care se acumulează în straturi în jurul planetei noastre, formând un înveliș. Acest înveliș permite razelor ultraviolete să ajungă foarte ușor pe suprafața solului, dar împiedică reflectarea acestor raze înapoi în spațiu. Energia termică transportată de razele ultraviolete încălzește Pamântul, această căldură fiind păstrată de învelișul gazelor de seră, aidoma unui geam de sticlă dintr – o seră. Procesul în sine este benefic pentru dezvoltarea vieții pe planeta noastră. Însă, cantitățile mari de gaze cu efect de seră duc la creșterea temperaturii terestre, fapt care are efecte devastatoare atât pe termen scurt, cât și pe termen lung.

Stratul de ozon  reflectă o parte din radiațiile ultraviolete provenite de la Soare și este ca un scut care ne protejează planeta de aceste radiații. Subțierea stratului de ozon face ca acesta să nu își mai îndeplinească rolul.

Efectele încălzirii globale se pot observa la nivelul întregului glob pământesc, dar și la nivelul țării noastre: creșterea temperaturii aerului, topirea ghețarilor, modificarea reliefului, scăderea cantităților de precipitații și apariția anomaliilor pluviometrice, creșterea nivelurilor mărilor și oceanelor, creșterea frecvenței și intensității extremelor climatice, intensificarea fenomenelor meteorologice, treceri bruște între anotimpuri și dispariția unor anmenirea le – a avut de rezolvat de – a lungul timpului, energia rămâne principala problemă de rezolvat, de ea depinzând funcționarea și dezvoltarea omenirii în viitor. Marea provocare este de a produce și utiliza o energie curată ( nonpoluantă ), durabilă și produsă la un cost rezonabil.

Pe lângă problema asigurării energiei, problemele globale ale mediului ( poluarea și schimbările climatice ) au devenit deosebit de importante și au creat necesitatea inițierii unor acțiuni suplimentare care să sensibilizeze forurile de conducere naționale și internaționale să ia în timp util măsuri funcționale. Astfel, în 1983, Organizația Națiunilor Unite a înființat Comisia Mondială pentru Mediu și Dezvoltare ( cunoscută sub denumirea de Comisia Brundtland ), care, în 1987 a elaborat Raportul Brundtland, în care se subliniază necesitatea unei dezvoltări durabile. Pentru definirea acestui concept se preia definiția lui Lester Brown:

„ Dezvoltarea durabilă este aceea care asigură necesitățile generației prezente, fără a compromite capacitatea generațiilor viitoare de a – și asigura propriile necesități ”. Un vechi proverb amerindian dă cea mai frumoasă definiție a dezvoltării durabile: „ Noi nu moștenim pământul de la strămoși, ci îl împrumutăm de la copii noștri ”.

În 2012 populația planetei noastre era de peste 7 miliarde de locuitori, iar estimările arată o creștere constantă a acestei cifre. Din totalul de locuitori, aproape un miliard de oameni suferă de foame, peste 1,5 miliarde nu au acces la electricitate, iar în emisfera sudică există zone întinse unde principala sursă de energie este biomasa. Toate aceste contraste, împreună cu distrugerea mediului înconjurător, pot să ducă la situații conflictuale greu de rezoltat și mai apoi, la o catastrofă globală. Creșterea economică necesită consum de energie primară tot mai mare.

Încălzirea globală este un fenomen firesc, ciclic și îngrijorător. Acest fenomen se încadrează în variabilitatea pe termen lung a climei, dar nu reprezintă singura cauză a schimbării climei globale. Încălzirea globală s – a accentuat constant după perioada industrializării masive, din cauza creșterii concentrației gazelor cu efect de seră, în principal de dioxid de carbon, rezultat în urma arderii biomasei și a combustibililor fosili. Dar, Pământul se poate încălzi și singur din cauze naturale, sau datorită evoluției Soarelui.

Efectul de seră este cauzat de gazele de seră, care se acumulează în straturi în jurul planetei noastre, formând un înveliș. Acest înveliș permite razelor ultraviolete să ajungă foarte ușor pe suprafața solului, dar împiedică reflectarea acestor raze înapoi în spațiu. Energia termică transportată de razele ultraviolete încălzește Pamântul, această căldură fiind păstrată de învelișul gazelor de seră, aidoma unui geam de sticlă dintr – o seră. Procesul în sine este benefic pentru dezvoltarea vieții pe planeta noastră. Însă, cantitățile mari de gaze cu efect de seră duc la creșterea temperaturii terestre, fapt care are efecte devastatoare atât pe termen scurt, cât și pe termen lung.

Stratul de ozon  reflectă o parte din radiațiile ultraviolete provenite de la Soare și este ca un scut care ne protejează planeta de aceste radiații. Subțierea stratului de ozon face ca acesta să nu își mai îndeplinească rolul.

Efectele încălzirii globale se pot observa la nivelul întregului glob pământesc, dar și la nivelul țării noastre: creșterea temperaturii aerului, topirea ghețarilor, modificarea reliefului, scăderea cantităților de precipitații și apariția anomaliilor pluviometrice, creșterea nivelurilor mărilor și oceanelor, creșterea frecvenței și intensității extremelor climatice, intensificarea fenomenelor meteorologice, treceri bruște între anotimpuri și dispariția unor anotimpuri, aridizare și deșertificare, modificarea florei și faunei, schimbarea genelor animalelor, plantelor și chiar a oamenilor, etc. Aceste efecte primare produc în mod automat și efecte secundare, dintre care cele mai importante sunt: incendii de pădure, distrugerea ruinelor și a vestigiilor istorice, mărirea înălțimii munților, impactul negativ a apei din ghețari asupra construcțiilor și infrastructurii localităților, dispariția lacurilor glaciare, apariția sărăciei și a crizelor economice, riscul contaminării cu boli noi și răspândirea mai ușoară a bolilor, conflicte în toate domeniile, etc.

Dintre toate cauzele încălzirii globale, se poate acționa doar asupra concentrației de gaze cu efect de seră, în special în reducerea cantităților de gaze de ardere.

Luând în calcul poluarea mediului înconjurător, încălzirea globală, emisiile de gaze de ardere cu rol important în efectul de seră și epuizarea resurselor clasice de energie, se impune necesitatea găsirii de noi surse de energie, regenerabile.

Sursele clasice de obținere a energiei, pe lângă beneficiile pe care le aduc omenirii, sunt epuizabile mai devreme sau mai târziu, iar repercursiunile asupra mediului înconjurător sunt devastatoare ( poluarea, efectul de seră care duce la încălzirea globală, impactul asupra oamenilor, faunei, florei, etc. ). Soarele stă la baza majorității sursele clasice de obținere a energiei ( la fotosinteza plantelor, la originea ciclului apei și al vânturilor, la formarea combustibililor fosili sub formă de petrol, gaze, cărbune, care au ca origine energia de fotosinteză acumulată timp de milioane de ani ), dar, energia solară sub formă de lumină și căldură, se poate folosi și ca sursă de energie regenerabilă ( energia solară termică, energia solară fotovoltaică, energia eoliană, energia geotermică, energia hidrogenului, energia valurilor și mareelor, biomasa, energia hidroelectrică, care totuși reprezintă forme transformate ale energiei provenite de la Soare ). Energia solară constituie baza energetică a planetei noastre și a captat atenția prin multiplele avantaje care le oferă. Această energie poate fi folosită direct prin captare activă cu ajutorul instalațiilor și dispozitivelor create de om, sau indirect sub formă de energie eoliană, energia valurilor, mareelor, etc. Captarea fotochimică, prin intermediul vegetalelor poate fi considerată o utilizare directă a energiei solare ca urmare a folosirii de către om a biomasei sau produselor reacțiilor fotochimice ( de exemplu hidrogenul obținut prin fotoelectroliză ).

Arhimede a fost primul care a folosit activ energia solară, împotriva romanilor care asediau Siracuza. Cu ajutorul unor oglinzi din bronz lustruite, a concentrat razele solare la o asemenea intensitate, încît țintele vizate au luat foc. [ 1 ]

Energia solară a fost folosită din cele mai vechi timpuri [ 6 ]:

● grecii au impus ca fiecare casă să aiba o fațadă orientată spre sud pentru a avea un maxim de căldură furnizat pe cale naturală iarna;

● Aristotel a observat că fațadele nordice trebuie închise pentru a asigura o mai bună protecție împotriva vânturilor pe timpul iernii;

● Socrate locuia într – o casă solară ( a observat că Soarele de iarnă intră prin portic în cazul caselor orientate către sud, încălzindu – le );

● Eschil spune că numai primitivii aleg să trăiască sub pământ în loc să – și construiască locuințe orientate spre Soarele de iarnă ( totuși casele îngropate în pământ sunt mai călduroase chiar dacă nu utilizează energie de la Soare, sunt sănătoase și nu în ultimul rând, ecologice );

● romanii au inventat „ heliocaminus ” în traducere furnal solar ( adică o cameră orientată spre sud, în care apa se încălzea cu ajutorul energiei solare, pentru a fi utilizată în scopuri igienice ). În plus, romanii au folosit sticla pentru a închide golurile din ziduri ( au observant că sticla acționează ca un captator de căldură, păstrând radiația care a traversat sticla

în interiorul încăperii ). Mai mult, se interzicea construirea unei clădiri care să umbrească altă

clădire. Tot de la romani a rămas utilizarea energiei solare în agricultură, în mici sere în care

se produceau cele necesare traiului.

Înainte de 1800, Alessandro Volta și Luigi Galvani experimentează niște pile electrice primitive ( pila electrică este un dispozitiv electrochimic care transformă energie rezultată dintr-o reacție chimică în energie electrică. Este vorba de generare de electroni și de asigurarea circulației lor într-un anumit sens ). Mai târziu, foarte mulți cercetători, fizicieni și chimiști și – au adus aportul la perfecționarea pilelor electrice. Pila termoelectrică cu temperatură uniformă a fost imaginată și realizată de către fizicianul român Nicolae Vasilescu – Karpen și prototipul său a funcționat neîntrerupt mai mult de 6 decenii. Principiul de funcționare este controversat, dar, după aprecierea profesorului Solomon, președintele Societății Franceze de Fizică, savantul român  a inventat pila și, după jumătate de secol oamenii au ajuns pe Lună cu ajutorul ei. Totuși, au fost descoperite pile electrice ce au funcționat în urmă cu peste două milenii ( pilele din Bagdad ), nerecunoscute de anumiți specialiști care „ nu suportă ceea ce nu este scris în cartea de istorie ”.

Singurele energii a căror pondere poate și trebuie să crească foarte mult în viitor sunt energiile regenerabile. Acestea sunt multiple, larg răspândite, nepoluante și disponibile pe aproape toată suprafața planetei noastre, bineînțeles cu intensități diferite. Sursele de energie regenerabile provin direct sau indirect de la Soare, putând fi folosite pentru producerea directă a căldurii, sau convertite în electricitate. Directiva Uniunii Europene privind energia din surse regenerabile, adoptată în 2009, stabilește că până în 2020 să se atingă o pondere de 20 % a energiei din surse regenerabile din totalul energiei consumate. În primii ani de implementare, pașii făcuți au fost promițători, iar în continuare trebuie să crească semnificativ finanțarea acordată surselor regenerabile de energie, prin atribuiri de certificate verzi, prin garantarea prețurilor, prin liberalizarea pieței energiei ( adică apariția concurenței ), prin eliminarea subvențiilor pentru combustibilii fosili și prin stabilirea de taxe pentru emisiile poluante. Producătorii de energie din sursele regenerabile beneficiază de certificate verzi într – un număr care ține cont de tipul sursei regenerabile și de puterea instalată ( contează totuși energia electrică produsă și livrată ). Certificate verzi se pot vinde în funcție de prețul pieții.

Utilizarea surselor de energie regenerabile oferă avantajul perenității lor și a impactului

neglijabil asupra mediului ambiant ( nu emit gaze cu efect de seră ). Prin ardere, biomasa elimină dioxid de carbon ( CO2 ), care este absorbit de biomasă pe durata creșterii sale, rezultând un bilanț nul. Aceste tehnologii nu produc deșeuri periculoase, dezafectarea la sfârșitul perioadei de exploatare fiind simplă, comparativ cu instalațiile nucleare. Sursele de energie regenerabile au și inconveniente: impactul asupra peisajului ( instalațiile eoliene ), riscul de contaminare a solului, perturbarea echilibrului ecologic ( hidrocentralele ), suprafața de teren necesară ( pentru producere unei puteri de 8 MW în instalații eoliene este necesară o suprafață de 1 km2, iar pentru o putere de 1 kW în instalații fotovoltaice, de 10 m2 ), intermitența și disponibilitatea acestor surse. Suprafețele de amplasare a instalațiilor eoliene permit utilizarea în continuare pentru agricultură a unei importante părți din aceste suprafețe, iar pe acoperișurile clădirilor se pot amplasa instalații solare. Intermitența energiei solare și eoliene se poate compensa prin acumularea energiei electrice sau termice, sau prin obținerea de produse intermediare, cum ar fi hidrogenul obținut prin electroliză. Energia hidraulică se poate stoca în lacuri de acumulare, iar biomasa se poate depozita.

Creșterea necesarului de energie a dus la creșterea prețului petrolului și a gazelor naturale. Mai mult, rezervele de hidrocarburi ajung să fie treptat monopolizate de un număr restrâns de deținători. Aceste situații au stimulat dezvoltarea surselor de energie regenerabile în trei zone importante: Uniunea Europeană ( unde Germania, Olanda și Italia au rezultate remarcabile ), America de Nord ( cu Statele Unite ca lider în domeniu ) și Asia ( Japonia, China și India au realizări importante ). La nivel mondial energia solară și eoliană au avut cea mai rapidă creștere, urmate de energia geotermală.

Uniunea Europeană consideră că energia este un element esențial al dezvoltării, dar în aceeași măsură trebuie calculat impactul sectorului energetic asupra schimbărilor climatice, trebuie stabilită creșterea dependenței de importul de resurse energetice, precum și creșterea prețului energiei. Pentru depășirea acestor provocări este necesar să se promoveze o politică energetică comună, bazată pe securitate energetică, dezvoltare durabilă și competitivitate.

Uniunea Europeană este dependentă de importul de petrol și gaze naturale ( care înregistrează creșteri de la an la an ) și sectorul energetic de aici reprezintă unul dintre principalii producători de gaze cu efect de seră ( se impun măsuri drastice pentru reducerea acestor emisii ). Energia nucleară este o alternativă viabilă, deoarece nu produce dioxid de carbon.

Noua Politică Energetică a Uniunii Europene stabilește o serie de obiective majore,

dintre care cele mai importante sunt:

reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră cu 20 % până în anul 2020 față de anul 1990;

creșterea ponderii surselor regenarabile de energie la 20 % din totalul consumului de energie până în 2020;

creșterea ponderii biocarburanților în sectorul transporturi;

reducerea consumului de energie primară cu 20 % până în 2020 prin eficiență energetică sporită.

Aceste obiective nu pot fi atinse fără dezvoltarea cercetării și colaborarea internațională pe următoarele direcții: reducerea costurilor ( eolian și fotovoltaic ), a fezabilității industriale ( geotermia de mare adâncime și biocarburanții de sinteză ), stocarea energiei electrice și termice, precum și ameliorarea prognozei pentru aceste energii și multiplicarea numărului de unități distribuite în teritoriu pentru echilibrarea sistemului electroenergetic.

Acest potențial este încă insuficient utilizat, cu excepția energiei hidraulice și a biomasei. Totuși biomasa este arsă în majoritatea cazurilor în instalații neperformante din punct de vedere energetic.

Se urmăresc două tendințe majore: dezvoltarea resurselor regenerabile și continuarea structurilor existente. Energia se poate produce concentrat urmând să fie transportată la zonele de consum, sau dispersat prin producere la locul de consum. Până se va ajunge la alimentarea cu energie din resurse de lungă durată și îndestulătoare, se va străbate o perioadă de tranziție, caracterizată prin rolul temporar predominant al anumitor resurse. O astfel de evoluție fără perturbări impune o planificare judicioasă pentru atingerea obiectivelor stabilite, realizabilă prin etape scurte. Totuși, pot să apară perturbări cu caracter politic ( politicul conduce orice democrație și are decizia în conducerea țării, inclusiv în domeniul energetic ), economic ( investițiile și resursele de orice natură contribuie hotărâtor la descoperirea de noi resurse energetice, la dezvoltarea tehnologiilor adecvate noilor resurse energetice, la perfecționarea tehnologiilor aferente resurselor convenționale și de implementarea acestora ), cercetare științifică ( care poate să ducă la descoperiri necesare în domeniul energeticii ), tehnologic ( existența tehnologiei asigură punerea în practică a descoperirilor din domeniul energeticii ), ecologic ( pentru protejarea mediului înconjurător trebuie să se folosească resurse energetice nepoluante sau puțin poluante, chiar dacă apar costuri ) și comportamental din punct de vedere social ( schimbările în stilul de viață al populației pot determina preferințe pentru anumite surse de energie și refuzarea altora, chiar și în ceea ce privește partea financiară ).

În anul 2000, conform Agenției Internaționale a Energiei, balanța de energie primară a omenirii arăta astfel :

Fig. 1.1. Balanța de energie primară a omenirii ( anul 2000 ). [ 3 ]

În România, conform datelor comunicate de Ministerul Industriei și Resurselor, potențialul anual al surselor de energie regenerabile era estimat astfel:

Tabel 2. Potențialul anual al surselor de energie regenerabile din România. [ 3 ]

Fig. 1.2. Distribuția surselor de energie regenerabile pe teritoriul României:

I. Delta Dunării ( energie solară );

II. Dobrogea ( energie solară, energie eoliană );

III. Moldova ( câmpie și platou: micro – hidro, energie eoliană, biomasă );

IV. Carpații ( IV1 – Carpații de Est; IV2 – Carpații de Sud; IV3 – Carpații de Vest, potențial ridicat pentru biomasă, micro – hidro );

V. Platoul Transilvaniei ( potențial ridicat pentru micro – hidro );

VI. Câmpia de Vest ( potențial ridicat pentru energie geotermică );

VII. Subcarpații ( VII1 – Subcarpații getici; VII2 – Subcarpații de curbură; VII3 – Subcarpații Moldovei, potențial ridicat pentru biomasă, micro – hidro );

VIII. Câmpia de Sud ( biomasă, energie geotermică, energie solară ). [ 3 ]

Strategiile în domeniul energetic și viitorul energetic nu pot fi apanajul fiecărei țări în parte, ci se stabilesc la nivel global ( la nivel european în primul rând și mai apoi la nivel mondial ).

2. MONOGRAFIA MUNICIPIULUI PITEȘTI [ 21 ], [ 24 ], [ 57 ]

Municipiul Pitești este reședința și cel mai mare oraș al județului Argeș ( având statut de municipiu ), fiind situat în partea central – sudică a României, între Carpații Meridionali și Dunăre, în nord – vestul Munteniei, la confluența râurilor Argeș și Doamnei, la intersecția paralelei 44°51’38” latitudine nordică cu meridianul de 24°52’4” longitudine estică.

Suprafața municipiului depășește 41 km² ( suprafață care în trecut era în continuă creștere datorată dezvoltării economice și evoluției demografice ).

Zona metropolitană care cuprinde numeroase commune, are în centru orașul Pitești. Municipiul s – a conturat și extins în apropierea râului Argeș, pe terase, pante și lunci, dând orașului un aspect de amfiteatru natural. Această etajare conferă orașului o notă specifică, o anumită personalitate și un pitoresc deosebit. Regiunea complexă, cu factori oropedoclimatici favorabili vieții și activității oamenilor, aflată la întretăierea drumurilor comerciale și a căilor de comunicație care asigurau legături între câmpie, deal și munte, între estul și vestul Țării Românești, între aceasta și Transilvania, între nordul și sudul Dunării, între Europa centrală si Peninsula Balcanică, a contribuit la dezvoltarea orașului, astfel încât, acesta a devenit un important centru economic, politic, social și cultural al României, fiind inclus în categoria marilor orașe.

Denumirea. Nicolae Iorga consideră că numele Pitești provine de la antroponimele Pitu ( l ), Pitea, Pita și derivatele acestora: Pitaș, Pitău, Piteș, Pitiș, un strămoș de prin aceste meleaguri din timpul feudalismului timpuriu ( legendă care totuși nu a circulat și nu s – a păstrat în această zonă ). E posibil ca situarea pe terase, coline și văi, să fi generat toponimul Pitești, de la „ loc pitit ”, adică loc ferit, ascuns. Denumirea orașului se poate asocia și cu cuvântul pită, cu sensul de pâine.

Aurelian Sacerdoteanu arată că radicalul Pit trebuie admis ca sigur. Acest radical trebuie să fie foarte vechi, de vreme ce i s-a pierdut sensul. Adăugarea sufixului – ești arată de

asemenea o perioadă străveche.

În 1546 apare pentru prima dată numele Pitiesd pe harta lui Giacomo Gastaldi.

Stema municipiului a suferit de-a lungul timpului numeroase schimbări, însă a păstrat principalele elemente simbolistice. Stema orașului medieval, descoperită recent de un muzeograf de la Muzeul Pitești, avea reprezentată o cruce, care pare latină. În perioada interbelică stema avea forma unui scut albastru și un turn medieval ( care simbolizează dinastia Basarabilor, cei cărora li se datorează organizarea Țării Românești ), pe care se află un vultur ce ține în gheare steagul României. Vulturul este simbolul latinității, și întruchipează curajul, puritatea, libertatea, hotărârea și puterea. Scutul albastru simbolizează cerul.

Altitudinea municipiului este cuprinsă între 252 m ( la nivelul albiei minore a râului Argeș ) și 439 m ( în pădurea Bogdăneasa din comuna Bascov ).

Teritoriul municipiului este afectat periodic de mișcările seismice care își au epicentrul la curbura Carpaților. S – au păstrat informații referitoare la toate cutremurele care au afectat zona și la pagubele materiale produse.

Solurile întâlnite în aria Piteștilor sunt cele caracteristice zonelor deluroase, profund și relativ fertile, ceea ce permite dezvoltarea pomiculturii și a viticulturii.

Subsolul orasului Pitești este bogat în substanțe minerale utile: zăcăminte de țiței, gaze

naturale ( zona fiind importantă și având o veche reputație în exploatarea acestora ), sare, argilă folosită pentru producerea cărămizilor și a teracotei, pietrișuri, nisipuri și roci folosite pentru ridicarea construcțiilor.

Pe teritoriul orașului s – au descoperit resturi de faună fosilă, cu valoare științifică deosebită, păstrate în muzee, galerii și instituții școlare.

Clima regiunii este este temperat – continentală, cu influențe oceanice și submediteraneene ( influențe ale aerului maritim continental din vest și a celui continental din nord și est ). Orașul fiind poziționat între dealuri înalte, are un topoclimat de vale cu predominarea timpului calm, moderat. Iarna nu se înregistrează temperaturi foarte scăzute, sau viscole puternice, iar vara temperaturile sunt mai puțin toride. Variațiile de temperaturi sunt însemnate de la an la an. Precipitațiile atmosferice sunt caracteristice reliefului și diferă de la lună la lună și de la an la an. Umiditatea atmosferică medie este de 68 %. Durata medie multianuală de strălucire a Soarelui este de aproximativ 2.200 ore anual ( anul are 8.760 ore ). Viteza medie anuală a curenților de aer este de 2,6 m / s.

Hidrologia. Râul Argeș este principala apă curgătoare a Piteștilor, având o mulțime de afluenți. Pentru utilizarea rațională a apelor, au fost executate ample lucrări hidrotehnice ( lacuri de acumulare, hidrocentrale ), care au imprimt unele schimbări în macroclimatul municipiului, în fauna și flora sa și oferă noi posibilități de agrement și de practicare a sporturilor nautice. Lacurile de acumulare sunt principala sursă de aprovizionare cu apă potabilă și industrială a municipiului și localităților limitrofe, în plus, atenuează viiturile, eliminând pericolul inundațiilor.

Vegetația este cea caracteristică tranziției de la munte la deal și la câmpie ( pădure, silvostepă și luncă ). Orașul este bogat în parcuri și spații verzi, în care abundă florile ornamentale și plantele decorative exotice. În pădurile perimetrale se întâlnesc animale și păsări obișnuite întregului teritoriu național. Piteștenii pot vizita un punct zoologic cu animale indigene și exotice, amenajat în pădurea Trivale. Fauna ihtiologică din râurile și lacurile de acumulare este caracteristică apelor curgătoare.

Pe dealurile care înconjoară Piteștiul, se găsesc suprafețe întinse pe care se cultivă viță de vie, pruni și alti pomi fructiferi, de unde se obțin: vinuri din soiuri foarte cunoscute și apreciate și binecunoscuta „ Țuică de Pitești ”. În luncile râurilor se cultivă o mare varietate de legume, zarzavaturi, cereale, plante industriale și plante furajere.

Căile de comunicație. Căile de comunicație terestre sunt alcătuite dintr – o multitudine de drumuri modernizate și poduri, utilizate pentru transport rutier în interes economic local și pentru tranzit, transport de persoane și pentru apărarea țării. Se pot aminti: grandiosul drum alpin Transfăgărășan și prima autostradă din România – A1.

De asemenea, Piteștiul este un important nod feroviar, cu ramificații spre orașele învecinate. Dacă în România, căile de comunicație feroviare au început să se dezvolte în 1854,

în județul Argeș acest lucru s – întâmplat puțin mai târziu, adică în 1872. Liniile de cale ferată

au ecartament normal, majoritatea sunt electrificate și au câte două sensuri de circulație.

Industria. Municipiul Pitești este unul dintre cele mai industrializate orașe ale țării.

Din păcate, cu puține excepții, industria Piteștiului a regresat. Multe obiective industriale, altădată prestigioase, au fost închise, iar altele se zbat în dificultăți majore. Cu toate dificultățile economice, Piteștiul rămâne un centru economico – industrial major al României.

Istoria. Din punct de vedere istoric, municipiul Pitești este una dintre cele mai vechi așezări umane din România. Existenței omului în această zona datează din paleolitic, fiind un puternic centru al activității umane în Europa, principala verigă de legătură dintre Africa și Asia de sud – est.

Prima atestare documentară datează din 20 mai 1388 când domnul Mircea cel Bătrân dăruiește Mănăstirii Cozia „ o moară în hotarul Piteștilor ". Aceasta atestare a făcut din Pitești, alături de Câmpulung, Curtea de Argeș, Brăila și Slatina, unul dintre cele mai vechi târguri. Mai târziu, la 19 iunie 1421, se precizează că aceeași mănăstire are două mori la Pitești. Prima menționare a Piteștiului ca oraș apare la 1 aprilie 1510, într-o carte a lui Vlăduț.

Arheologia. Există mărturii arheologice și documentare despre meșteșugurile tradiționale, care, prin organizațiile de profil se încearcă să se păstreze. Toate aceste meșteșuguri au contribuit și au condus la dezvoltarea zonei, la progresul economiei și la stabilirea de legături comerciale cu zonele învecinate. Meșteșugurile s – au perfecționat de – a lungul timpului, ajungând în prezent o industrie modernă. Portul popular, obiceiurile și creațiile populare muzicale și coregrafice trebuie păstrate prin instituțiile culturale de resort. Circulația mărfurilor a făcut posibilă apariția banilor și circulația monetară ( moneda fiind un produs al societății omenești ). O dovadă în acest sens sunt numeroasele monede vechi descoperite pe șantierele arheologice.

Biserica. Consolidarea politică a Țării Românești a fost însoțită și de organizarea instituțiilor bisericești. S – au construit foarte multe biserici, schituri, mănăstiri, care dăinuie până în zilele noastre. Învățământul teologic a fost și este în continuare bine structurat. În anul 1656, sub domnia lui Constantin Șerban și a doamnei Bălașa, se construiește pe fundațiile unui vechi lăcaș, Biserica Domnească Sfântul Gheorghe ( amplasată în centrul orașului, biserica a fost prima compoziție supraetajată pe coloane de cărămidă din Țara Românească ).

Evenimente istorice. Argeșul a fost martorul multor evenimente de – a lungul timpului, dintre care amintim Revoluția de la 1821 condusă de Tudor Vladimirescu, Revoluția din 1848 – 1849, Unirea Principatelor Române din 1859, Războiul de Independență din 1877 –

1878, răscoala țăranilor din 1907, cele două Războaie Mondiale.

Populația. Dezvoltarea economică și extinderea teritorială au determinat o continuă evoluție demografică a Piteștilor. Elemental constitutiv al societății , al devenirii umane este populația. De mărimea și calitatea ei depind procesele socio – economice. Populația stabilă a crescut în ritm susținut, s – a atins apogeul în anul 1992, după care urmează o descreștere, care este rezultatul natalității în scădere, mobilității și migrației persoanelor și a costului ridicat pentru întreținerea copiilor. Apare în plus mortalitatea, cauzată de îmbătrânirea populației și apariția unor boli, altele decât cele cronice.

Din punct de vedere confesional, majoritatea locuitorilor sunt ortodocși ( peste 93 % ).

Orașul a dat o multitudine de personalități la nivel național, european și internațional, în politică, sport, cultură, etc. Totodată, multe persoane din foarte multe domenii, cu o prodigioasă activitate, dețin titlul de cetățean de onoare.

Armata. Pentru apărare s – au construit cetăți, ale căror vestigii rezistă până în prezent. Armata a avut un rol important în județ, astfel, în anul 1860 s – înființat Regimentul 1 Vânători. Structurile militare s – au dezvoltat în permanență, România a ajuns membru NATO, iar la ora actuală serviciul militar obligatoriu s – a desființat. Totuși, structurile militare, pe lângă apărare, au participat și la dezvoltarea țării ( local, armata a ajutat la ridicarea stadionului municipal, la parcul Ștrand, etc. ). Militarii au participat și participă la manifestări oficiale naționale și la manifestări legate de familia regală. În prezent, armata, reprezentată și prin structurile locale, se află pe teatre de operațiuni militare internaționale și participă la diferite misiuni NATO.

Organizarea teritorială. În perioada comunistă, organizarea teritorial – administrativă este făcută după modelul sovietic ( deoarece după al doilea război mondial România a intrat sub influența rusească ). Ideologia comunistă impune producția economică planificată, colectivizarea agriculturii și naționalizarea intreprinderilor, iar pentru dezvoltarea industrială s – au introdus planurile cincinale. Din perioada amintită mai sus rămâne un obiectiv de tristă amintire – celebra închisoare de la Pitești. Totuși, regimul comunist a realizat obiective importante: cartiere de locuințe, fabrici, uzine, combinate, spitale, regularizarea râului Argeș ( barajul Vidraru și o multitudine de lacuri artificiale ), căi ferate, șosele ( Transfăgărășanul, autostrada 1 ), etc.

După 1989, trecerea de la totalitarism la democrație a adus decolectivizarea proprietăților funciare, privatizarea societăților comerciale și a asociațiilor agricole, descentralizarea administrativă. Noua orânduire are atât reușite ( modernizări, retehnologizări, marfă de calitate, produse noi ), cât și nereușite ( închideri de intreprinderi, uneori chiar rentabile, suprafețe de pământ retrocedate și neexploatate, șomajul, scăderea nivelului de trai ).

Medicina. Activitatea medicală a început din timpuri vechi, s – a dezvoltat în permanență, azi existând importante spitale, policlinici, unități de asistență medico – socială, centre de îngrijire și asistență, farmacii, de stat, sau private, și de asemenea, un serviciu județean de ambulanță și un serviciu public integrat de urgență SMURD.

Învățământul s – a dezvoltat din cele mai vechi timpuri și continuă și în prezent. S – au modernizat, perfecționat, au apărut noi forme de învățământ și specializări. Dacă în trecut nivelul de învățătură era foarte scăzut, la ora actuală există învățământul obligatoriu de zece clase, plus învățământul liceal, profesional, universitar. Au fost construite creșe, grădinițe, școli generale, colegii, licee. În prezent funcționează doua instituții de învățământ superior: Universitatea din Pitești și Universitatea Constantin Brâncoveanu, ambele cu numeroase facultăți.

Învățământul preuniversitar se desfășoară în licee și colegii, tehnologice sau teoretice, unde se pregătesc absolvenți în toate domeniile de activitate

Pentru domeniul „ Construcții, instalații și lucrări publice " necesarul de calificări este asigurat de Colegiul Tehnic Dimitrie Dima. Această unitate de învățământ preuniversitar a luat

naștere prin comasarea prin absorbție a Liceului Tehnologic Ion Mincu de către Colegiul Tehnic Dimitrie Dima, ambele entități având profile apropiate ( construcții civile și respectiv, construcții industriale ). La ora actuală, reducerea populației care a dus la scăderea drastică a ratei natalității, coroborată cu investițiile tot mai puține și de amploare mai redusă în domeniul construcțiilor, a dus la necesitatea comasării unităților de învățământ preuniversitar.

Colegiul Tehnic Dimitrie Dima este situat în cartierul Războieni, este o unitate de învățământ preuniversitar reprezentativă atât zonal, cât și național și a fost înființat în anul 1968 prin ordin al Ministrului Învățământului sub denumirea de Grupul Școlar Pitești. De – a lungul anilor și – a schimbat de mai multe ori denumirea, statutul de colegiu tehnic datând din 2000. Din 2007, prin Hotărâre de Guvern, primește în plus și nominalizarea de campus preuniversitar. Numele atașat „ Dimitrie Dima " este al unui cunoscut inginer constructor piteștean, care a căpătat reputație chiar și pe plan mondial pentru lucrările monumentale pe care le – a realizat.

Colegiul Tehnic Dimitrie Dima asigură pregătirea tehnică și de specialitate a elevilor proveniți din școlile generale din oraș, din localitățile limitrofe și din cele învecinate pentru inserția pe piața muncii. Oferta de școlarizare răspunde atât cerințelor beneficiarilor direcți, care sunt elevii, cât și a beneficiarilor indirecți ( părinți, agenți economici, comunitatea locală, etc. ). Astfel, prin cursuri de zi și serale, absolvenții se pregătesc în meserii viabile pentru piața muncii: constructor structuri, constructor finisor, instalator, electrician, sudor, proiectant CAD, confecționer tâmplărie, desenator, mecanic întreținere și reparații, mecatronist, fierar betonist, normator, devize și măsurători, etc.

Dacă în trecut aceste calificări se obțineau în urma cursurilor liceale, profesionale, complementare, de ucenici, școală postliceală și de maiștri, azi, aceste calificări sunt structurate pe niveluri de pregătire: nivelul 3 corespunde stagiilor de pregătire și școlii profesionale, nivelul 4 liceului, iar nivelul 5 școlii postliceale și de maiștri. Colegiul s – a implicat în programul „ a doua șansă ", destinat tuturor persoanelor adulte și în vârstă care doresc să – și finalizeze studiile. Pentru Agenția Județeană pentru Ocuparea Forței de Muncă și pentru agenții economici parteneri interesați se asigură formare profesională pentru calificare, sau recalificare în meseriile de mai sus. Procesul de instruire se desfășoară într – o bază materială reabilitată de curând și îmbunătățită: săli de clasă, laboratoare, cabinete, ateliere de instruire practică, bibliotecă cu săli de lectură, centru de documentare și informare, sală de educație fizică și sport, terenuri amenajate de handbal și fotbal, cantina și cămine. Baza

tehnico – materială și dotările au fost diversificate în permanență pentru a răspunde tuturor

cerințelor socio – economice ale județului și țării.

Elevii beneficiază de o serie de activități extrașcolare: sesiuni de comunicări, activități sportive, expoziții, diferite concursuri, olimpiade, etc.

În ultima perioadă s – au derulat două programe europene educaționale ( Comenius și Leonardo da Vinci ), destinate atât elevilor, cât și cadrelor didactice.

Cercetarea. În Argeș știința și cercetarea au găsit mediu propice încă din timpurile vechi, la ora actuală existând institute de cercetare – dezvoltare pentru mai multe domenii.

Divertismentul. În domeniul cultural și al divertismentului, orașul dispune de multe muzee, case de cultură, centre de cultură, biblioteci, teatre, filarmonică. În plus, se organizează numeroase festivaluri, simpozioane, expoziții, concursuri, târguri, prezentări, conferințe, etc. Orașul are renumele de orașul lalelelor (aici fiind găzduit anual un important festival intitulat „ Simfonia Lalelelor ” ). De asemenea, în centrul civic al orașului se găsește Fântâna Muzicală ( unică în Europa de Est ), dedicată Zilei Europei.

Arhitectura este una zonală, tradițională, modernistă, dar și cu influențe externe, datorită legăturilor cu numeroase zone, dar și datorită circulației intense.

Presa ca mijloc de informare a existat și a cunoscut o dezvoltare deosebită. În prezent, când presa este liberă, putem găsi știri oficiale despre orice domeniu de interes. Audiovizualul argeșean este relative tânăr, a apărut și a luat amploare deoarece a beneficiat de releul din Trivale. Posturile de radio și televiziune s – au dezvoltat după tiparul specific contextului politic.

Turismul ca mijloc de instruire, educare, sau relaxare este accesibil datorită reliefului

variat și al vestigiilor și edificiilor existente. Se pot parcurge o multitudine de trasee montane, există numeroase cabane, principalul obiectiv pe timpul iernii fiind Hotelul de gheață de la Bâlea Lac. Drumețiile montane sunt sigure, deoarece Serviciul Public Județean Salvamont Argeș își desfășoară activitatea în nordul județului în colaborare cu serviciile similare din județele limitrofe.

În ceea ce privește relațiile externe, Piteștiul este înfrățit cu orașe din foarte multe țări.

Ambasadori și atașați ai acestor țări, dar și ai altora, sunt prezenți în oraș cu ocazia diferitelor evenimente.

Asigurarea energiei. În zona județului Argeș energia termică necesară pentru prepararea apei calde de consum și pentru încălzire în anotimpul rece se obține din arderea gazelor naturale, cărbunilor și biomasei. Utilizarea energiei electrice sau a hidrocarburilor lichide pentru destinațiile de mai sus este restrânsă, datorită prețului destul de ridicat al acestora, iar instalațiile necesare impun o investiție importantă. Folosirea produselor obținute din prelucrarea țițeiului este economicoasă în industria petrochimică, transporturi, etc. Zona asigură necesarul de gaze naturale din exploatările locale, știind faptul că această parte a Munteniei este foarte bogată în hidrocarburi gazoase și lichide. Chiar dacă folosirea cărbunilor s – a diminuat datorită restrângerii activităților miniere locale, au rămas destule exploatări subterane de cărbuni, care asigură totuși cererea și necesarul, în special din nordul județului.

Lemnul este principala sursă de energie termică din zona rurală a județului, ca de altfel din toate zonele rurale ale țării, fiind folosit încă din cele mai vechi timpuri. Biomasa este caracteristică zonei și se folosește în instalațiile de ardere, chiar dacă la un randament foarte scăzut. Este regenerabilă și pe durata de creștere degajă oxigen, fapt care ar compensa degajarea gazelor poluante rezultate în urma arderii. Exploatarea lemnului fără reîmpăduriri corespunzătoare, are repercursiuni deosebit de grave asupra mediului înconjurător și asupra climei. În plus, valorificarea superioară a lemnului este mai profitabilă. În aceste zone, consumul de gaz petrolier lichefiat este foarte scăzut, în principal din cauza prețului destul de ridicat, dar și din cauza aprovizionării cu dificultate. Schimbul de butelii goale cu altele pline de la un centru specializat situat la distanță față de locuință pune problem pentru populația rurală, destul de îmbătrânită de altfel. În plus, cantitatea de gaz petrolier lichefiat dintr – o butelie asigură necesarul pentru o gospodărie pentru un timp limitat, uneori prea scurt ( iarna consumul crește substanțial, iar dacă respectiva gospodărie se încălzește cu gaz, o butelie ajunge pentru un număr mic de zile ). O instalație de stocare a unei cantități mai mari de gaz petrolier lichefiat într – o gospodărie necesită o investiție costisitoare, uneori greu de asigurat de proprietar. Alimentarea acestei instalații de stocare mai pune și problema accesului mijloacelor de transport, cunoscând faptul că drumurile sătești și comunale nu sunt realizate pentru astfel de gabarite, iar în anumite perioade ale anului, multe drumuri sunt impracticabile.

Cărbunii și biomasa se pot transporta cu mijloace adecvate pentru drumurile existente în zona

rurală ( ca de altfel în întreaga țară ).

În zona urbană, pentru prepararea centralizată a agentului termic se utilizează gaze naturale și mai puțin hidrocarburi lichide sub formă de combustibil lichid ușor sau greu. Hidrocarburile lichide au un domeniu de folosință din ce în ce mai restrâns, deoarece, fiind produse secundare obținute în urma prelucrării țițeiului, produc gaze de ardere puternic poluante, iar puterea calorică nu este spectaculoasă. Pentru prepararea locală a apei calde de consum și a agentului termic în zona urbană se folosesc gazele naturale, lemnul, cărbunii și mai puțin energia electrică și hidrocarburile lichide, motivele au fost arătate mai sus.

Energia electrică este o energie care nu poluează, nu produce reziduuri sub formă de gaze de ardere sau cenușă după ce a fost întrebuințată, se produce în condiții economice avantajoase, se poate transporta la distanțe foarte mari, se poate transforma în alte forme de energie, se poate folosi în părți oricât de mici, iar instalațiile pentru utilizare nu sunt chiar atât de costisitoare comparative cu alte instalații similar. Totuși, prețul destul de ridicat și faptul că nu se poate înmagazina ( trebuie produsă în momentul când este cerută de consumatori ), limitează folosirea energiei electrice pentru încălzirea apei.

Datorită reliefului și potențialului hidrografic al județul Argeș, s – au construit pe râul Argeș ( în paralel cu regularizarea acestui râu ) numeroase baraje și lacuri de acumulare care deservesc multe microhidrocentrale producătoare de energie electrică. Transportul energiei electrice produse a necesitat dezvoltarea și extinderea rețelelor de transport și distribuție din această zonă și interconectarea cu alte rețele de pe teritoriul țării într – un sistem unitar național. În concluzie, în această zonă a țării, potențialul hidroenergetic este foarte bine exploatat, cu posibilități de extindere și la celelalte râuri permanente.

Existența unor rețele foarte bine structurate pentru transportul și distribuția energiei electrice în această regiune permite preluarea acestui tip de energie și de la alți furnizori ( ca de exemplu centrale nucleare, generatoare energo – solare, turbine eoliene, centrale geotermale, termocentrale, etc. ).

Conductele magistrale pentru transportul și distribuția hidrocarburilor lichide sau gazoase, de interes local sau care tranzitează regiunea, se pot utiliza în viitor, după epuizarea acestor resurse, pentru transportul și distribuția altor fluide combustibile ( hidrogen, gaze combustibile artificiale, lichide combustibile artificiale, etc. ).

Posibilitatea exploatării energiilor regenerabile. Muntenia, pe lângă potențialul hidrografic remarcabil, resursele importante de hidrocarburi și cărbuni ( care sunt poluante și totodată epuizabile ) și cantitățile însemnate de biomasă de care dispune, poate să – și asigure energia primară ( chiar dacă nu în totalitate ) și din exploatarea radiației solare ( cu ajutorul panourilor fotovoltaice, panourilor solare și centralelor solare termice ). Utilizarea energiei solare are avantaje și dezavantaje ( prezentate în lucrare ). Sunt însă și beneficii suplimentare ale exploatării energiei solare în această zonă a țării:

► dacă România se situează în grupa 3 din totalul de 10 regiuni geografice de pe glob în ceea ce privește densitatea radiației solare ( cu creșterea numărului grupei scade densitatea radiației solare ), Muntenia se situează într – o zonă a țării în care radiația solară are valori deosebit de mari, comparativ cu celelalte zone;

► relieful cu înălțime redusă ( șes și deal ) permite amplasarea captatoarelor energiei solare ( se preconizează ca în viitor să se interzică amplasarea acestor captatoare pe terenurile arabile ). În Muntenia orientarea generală a dealurilor și văilor este pe direcția nord – sud, fiind optimă pentru viticultură, și nu pentru amplasarea captatoarelor solare, care trebuie orientate spre sud, sud – est, sau sud – vest. Orientările spre est, sau vest nu sunt eficiente. Nu sunt recomandate nici amplasarea captatoarelor solare pe coamă ( deoarece sunt necesare suprafețe mari, și în plus, pe coamă ar putea fi așezări omenești, sau păduri ), pe versanți ( care ar putea fi împăduriți și ar oferi acces greoi ), sau în vale ( în această zonă perioada de insolație este mai scurtă, pot să apară umbriri, iar după ploi, terenul ar putea fi inundat );

► pentru amplasarea captatoarelor energiei solare se pot folosi și suprafețe neutilizate în alte scopuri: acoperișurile halelor industriale și zootehnice ( prezente din belșug pe teritoriul județului ), acoperișurile supermarketurilor, stadioanelor, pe suprafețe de apă ( existente sub formă de lacuri de acumulare și baraje pe râuri );

► temperaturile maxime din timpul verii nu împiedică funcționarea normală a celulelor fotovoltaice ( supraîncălzirea celulelor duce la pierderea parametrilor semiconductorului, și automat la scăderea randamentului panoului fotovoltaic );

► umiditatea atmosferică nu pune probleme deosebite la executarea, exploatarea și mentenanța instalațiilor solare;

► durata de strălucire a Soarelui ( măsurată în zile dintr – un an ) este destul de mare față de alte zone;

► viteza vântului, chiar dacă este redusă, ajută la răcirea panourilor fotovoltaice;

► rețeaua de transport locală poate asigura transportul de persoane și materiale pentru executarea, exploatarea, monitorizarea și întreținerea instalațiilor solare;

► dezvoltarea industrială a regiunii permite aprovizionarea cu materiale, confecționarea părților componente și asamblarea lor într – o instalație solară;

► populația poate să asigure personal calificat pentru proiectarea, realizarea, exploatarea și mentenanța oricărui tip de instalație solară.

Instalațiile individuale sau locale pentru captarea radiației solare poate să conducă la descentralizarea alimentării cu energie, cu rezultate deosebite pentru zonă:

► dispar rețelele exterioare pentru transportul și distribuția energiei, îmbunătățind estetica zonei și eliberând terenul. În plus, operațiile de exploatare, monitorizare și mentenanță ale acestor rețele nu mai sunt necesare;

► proiectarea și dimensionarea judicioase duc la montarea unor instalații cu capacități reala ( foarte apropiate de necesarul de energie ), la folosirea optimă a materialelor și la investiții rezonabile.

Muntenia nu dispune de potențial eolian, viteza medie a vântului fiind atât de scăzută, încât investiția într – o instalație eoliană de putere cel puțin medie, nu este justificată. În plus, în această zonă, durata vântului și numărul de zile cu vânt sunt deosebit de reduse.

Exploatarea energiei geotermale în regiune presupune lucrări de explorare, costisitoare,

și cu rezultate îndoielnice, deoarece explorarea subterană poate să se intersecteze cu lucrările de foraj și extracție petroliere, foarte numeroase în Muntenia.

Zonele agricole disponibile permit cultivarea plantelor din care se pot extrage biocombustibilii. Suprafețe întinse de terenuri retrocedate sunt necultivate, iar concentrarea acestor terenuri în domenii mai mari ar fi benefică datorită rezultatelor care s – ar putea obține.

În ceea ce privește biomasa, creșterea randamentului instalațiilor de ardere este o problemă de actualitate. Se pot cultiva plante energetice, iar deșeurile provenite din prelucrarea lemnului, sau din curățarea parcurilor, plantațiilor pomicole și viticole, ar putea constitui materie primă pentru centralele electrice de termoficare.

O problemă deosebită o pun deșeurile urbane. Valorificarea energetică a acestora ar conduce la două beneficii majore: rezolvarea problemei depozitării lor și obținerea de energie dintr – o materie primă gratuită.

3. SURSE DE ENERGIE

Necesitățile de energie sunt în permanentă creștere din următoarele cauze: creșterea populației, îmbunătățirea alimentației ( producerea și distribuția alimentelor se face cu consum de energie ), creșterea nivelului de trai și al confortului, ocuparea timpului liber câștigat în urma marilor investiții în tehnologii, înmulțirea proceselor și produselor industrializate, industrializarea în toate domeniile de activitate, transportul persoanelor și mărfurilor, eforturi din ce în ce mai mari pentru obținerea materiilor prime ( din cauza epuizării zăcămintelor existente, exploatarea zăcămintelor dificil accesibile, explorarea și exploatarea resurselor din zonele arctice și submarine ), reciclarea deșeurilor tot mai numeroase și combaterea poluării. Toate prognozele la nivel global duc la aceeași concluzie: conservarea resurselor epuizabile și descoperirea și folosirea de resurse noi ( inepuizabile ).

În categoria resurselor convenționale [ 2 ] intră:

Lemnul ( sau biomasa );

Cărbunii;

Hidrocarburile ( gazele naturale și petrolul );

Potențialul hidroenergetic.

Aceste resurse prezintă atât avantaje, cât și dezavantaje. Lemnul este regenerabil și produce oxigen, compensând gazele de ardere. Gazele rezultate în urma arderii cărbunilor și a hidrocarburile sunt puternic poluante și dăunătoare mediului înconjurător. În plus, cărbunii și hidrocarburile sunt resurse epuizabile, mai devreme, sau mai târziu. Cursurile de apă asigură energie permanentă, nepoluantă și la un cost redus. Amenajarea râurilor mai aduce și alte beneficii: alimentări cu apă, irigare, protecție împotriva viiturilor, inundațiilor și erodărilor, turism, piscicultură, etc.

Din categoria resurselor neconvenționale [ 2 ] fac parte:

În curs de a deveni convenționale:

Energia nucleară obținută prin fisiune;

Șisturile bituminoase și nisipurile bituminoase;

Potențialul energo – solar, eolian, geotermic și biomasa.

Cu perspectivă medie de a deveni convenționale:

Energia prin fisiune nucleară cu tehnologii avansate;

Țițeiurile grele;

Potențialul energomecanic marin prin maree, valuri și hula.

Cu perspectivă mijlocie – îndepărtată:

Țițeiul și gazele naturale din formațiuni geologice profunde;

Potențialul termooceanic.

Cu perspectivă îndepărtată:

Energia obținută prin fuziunea nucleară;

Energia solară din spațiul extraterestru;

Potențialul geotermic intensiv.

Sursele de energie regenerabile cu potențial mare în toate zonele sunt: energia eoliană, energia fotovoltaică, centralele solare termice ( produc electricitate solară ), energia geotermală ( prin pompe de căldură ), centralele micro – hidro, biocombustibilii ( biodiesel, bioetanol ), biomasa solidă, biogazul, valorificarea energetică a deșeurilor urbane, energia mărilor ( mareele, valurile, diferența de presiune osmotică între apa dulce și apa sărată, diferența de temperaturi în profunzimea mărilor și oceanelor, curenții marini ). Fizica plasmei este puțin cunoscută, dar se fac progrese foarte importante în cercetarea ei. Dezvoltarea sistemelor energetice cu ajutorul plasmei este la început. Mediul gazos al plasmei este format din electroni liberi și ioni într – o anumită concentrație și particule neutre ( atomi și molecule ) care conduc la o încărcare spațială aproape nulă. Deocamdată, plasma are aplicații industriale.

4. SISTEME EOLIENE DE PRODUCERE A ENERGIEI ELECTRICE

Motto: „ Pentru că nu putem schimba direcția vântului, trebuie să învățăm să orientăm velele ”.

( James Dean ).

4.1. Vântul

Atmosfera este formată în principal din oxigen, azot și vapori de apă, fiind caracterizată prin niște parametrii variabili: presiune, temperatură și umiditate.

Radiațiile solare sunt absorbite diferit la poli față de ecuator ( la ecuator energia absorbită este superioară față de cea de la poli ), rezultând variații de temperatură care provoacă diferențe de densitate a maselor de aer în deplasarea lor de la o latitudine la alta ( deplasare de la zone cu densitate a aerului mai ridicată spre zone cu densitate mai scăzută ). Raportând acest fenomen la presiune, deplasarea se face întotdeauna de la zonele cu presiune maximă la cele cu presiune minimă. Deplasarea orizontală a unei mase de aer dinspre o zonă cu presiune mai mare spre una cu presiune mai mică se numește vânt. Forța Coriolis care apare datorită mișcării de rotație a Pământului în jurul axei proprii face ca aerul să se deplaseze spre dreapta, de la direcția sa de mișcare, în emisfera nordică și spre stânga în emisfera sudică. Viteza și direcția vântului sunt variabile.

Atmosfera este împărțită convențional în:

stratul limită atmosferic aflat în vecinătatea uscatului sau apei, unde se simte influența dinamică și termică a acestora asupra mișcării aerului ( aici se manifestă frecarea maselor de aer cu apa sau uscatul, care influențează semnificativ mișcarea aerului ). Efectele forței de frecare scad cu creșterea altitudinii. Forța Coriolis este mai redusă în acest strat. În stratul limită atmosferic apar turbulențe atmosferice ( sunt manifestări ale aerului atmosferic care trece de la perturbații aleatoare la elemente turbionare ). În acest caz pe lângă viteza de deplasare a aerului se ia în calcul și mișcarea pulsatorie );

atmosfera liberă este zona exterioară a stratului limită atmosferic. Aici are loc mișcarea aerului la scară mare.

Viteza vântului se măsoară în m / s sau noduri ( 1 nod = 1 milă / h; 1 milă terestră = 1609,344 m; 1 milă marină = 1852 m ). După viteză, vântul se poate aprecia astfel: calm, adiere, ușor, slab, moderat, potrivit, puternic, tare, foarte tare, furtună, furtună puternică, furtună violentă, uragan.

Direcția vântului se exprimă în grade sexagesimale de la 1 la 36, pornind în sens orar din nordul geografic.

În cazul instalațiilor eoliene interesează intensitatea vântului, durata vântului, direcția de unde vine, frecvența vitezei vântului.

Gradientul vitezei vântului reprezintă creșterea vitezei vântului cu înălțimea. Rugozitatea suprafeței terenului influențează variația vitezei vântului cu înălțimea. La montarea turbinelor eoliene se ține seama de influența terenului asupra randamentului acestora ( la șes turbinele se amplasează pe stâlpi cât mai înalți, iar la munte, pe culmi, dar cât mai aproape de sol ).

Estimarea potențialului eolian se face prin calculul puterii și energiei care se pot obține din acțiunea unei mase de aer care se deplasează cu o anumită viteză. Energia medie anuală ce traversează unitatea de suprafață normală pe direcția vântului se exprima în kWh / m2 și reprezintă potențialul eolian. Trebuie să se cunoască înregistrările meteorologice ale vântului pe un interval de timp cât mai mare. De obicei se estimează o putere unitară raportată la o suprafață. România are potențial eolian diferențiat pe zone. Cunoscând faptul că e nevoie de o viteză minimă de 5 m / s pentru a pune în mișcare o turbină eoliană, după studierea înregistrărilor meteorologice ale vântului se constată că la noi în țară sunt puține zone cu viteze ale vântului peste această valoare: Dobrogea, Banat și Moldova. Mai sunt zone cu potențial eolian care poate fi valorificat, unde viteza vântului este la limită.

4.2. Turbine eoliene

Turbinele eoliene sunt mașini motoare care transformă energia cinetică a vântului în energie mecanică, ca urmare a interacțiunii dintre vânt și paletajul rotoric. Arborele turbinei se rotește și învârte un generator electric care generează energie electrică. Turbina eoliană împreună cu generatorul electric se mai numește agregat eolian, sau aerogenerator. Există și alte tipuri de agregate eoliene formate din turbina eoliană și un sistem de conversie a energiei eoliene care poate să producă energie hidraulică ( caz în care se numește pompă eoliană ), sau energie termică ( și atunci se numește termogenerator eolian ). Indiferent de tipul agregatului eolian, turbina eoliană rămâne elemental de bază care convertește energia vântului în energie mecanică.

Turbinele eoliene extrag doar o parte din energia cinetică a vântului, restul este folosită

pentru ca aerul să părăsească zona de interacțiune ( puterea pe care o produce o turbină este mai mică decât puterea dezvoltată de aceeași masă de aer, la aceeași viteză de deplasare, pentru aceeași arie de curgere ). Deci, rotoarele turbinelor eoliene reduc viteza vântului de la valoarea din amonte la valoarea din aval de rotor. Teoretic o turbină eoliană poate să capteze cam 60 % din energia fluxului de aer. În realitate această valoare este mult mai mică ( din cauză că apar pierderi aerodinamice și mecanice de energie ale turbinei ).

4.2.1. Clasificarea turbinelor eoliene

Turbinele eoliene se clasifică după mai multe criterii [ 3 ]:

Turbinele eoliene cu ax orizontal au randamente mai mari, necesită turații mai ridicate, au greutate specifică mai mică, prezintă complexitate constructivă mai mare care duce la costuri mai ridicate, necesită mecanisme care orientează rotorul pe direcția vântului, nacela care este poziționată la cota axului turbinei care adăpostește generatorul și celelalte

subansambluri face ca intervențiile să fie dificile, iar palele lungi și zvelte sunt expuse ruperii.

Turbinele eoliene cu ax vertical sunt robuste, fiabile, construcția este mai simplă, generatorul se poate amplasa la sol sau pe o platformă lângă turbină, ceea ce înseamnă acces ușor, necesită turații mai mici, au randamente mai scăzute, iar puterea dezvoltată este limitată. ( vezi Anexa 3. )

Turbinele eoliene cu rezistență se bazează pe forța de rezistență pe care o exercită asupra mișcării aerului.

Turbinele eoliene cu portanță au pale cu un profil aerodinamic capabil să dezvolte o forță portantă foarte mare. ( vezi Anexa 4. )

Turbinele cu rotor în amonte sau în aval față de stâlp se referă doar la turbinele cu ax orizontal. ( vezi Anexa 5. )

Puterea turbinelor poate pleca de la sub 1 kW până la peste 300 kW.

Turbinele cu una, două, trei, sau mai multe pale se pot vedea în ( Anexa 6. ).

Turbinele cuplate la Sistemul Energetic Național sau Regional sunt organizate sub formă de ferme eoliene, sau centrale aeroelectrice.

4.2.2. Elemente constructive din alcătuirea turbinelor eoliene

Rotorul turbinei este subansamblul mecanic care captează energia vântului și o transformă în energie mecanică. Este alcătuit din butuc, pale, arbore, lagăre și mecanismul de reglare a poziției palelor. Palele turbinei sunt derivate din aripa portantă și au o geometrie și un profil specifice și bine calculate, încât, la interacțiunea cu vântul se rotesc. De altfel, geometria și profilul palelor influențează performanța turbinei. Materialele folosite pentru realizarea palelor sunt aliaje de oțel, aluminiu, titan, materiale compozite cu fibre de carbon sau fibre de sticlă. Materialul utilizat trebuie să fie rezistent, elastic, să aibă greutate specifică mică și un preț de cost scăzut.

Fig. 4.1. Elemente constructive specifice unei turbine eoliene cu ax orizontal: a – vedere generală; b – detaliu rotor. [ 3 ]

Multiplicatorul de viteză de rotație mărește turația până la o valoare la care să poată fi prelucrată de generatorul electric.

Sistemul de frânare are rol de protecție când viteza vântului depășește limita maximă admisă, sau în caz de avarie. Conversia electromecanică are loc într – un generator electric, se prin intermediul câmpului magnetic. Pentru obținerea unui MW este nevoie de un diametru al turbinei eoliene de 50 m. Se folosesc generatoare asincrone, sincrone, generatoare de curent continuu. În principiu, un generator este format din rotor, stator și înfășurarea electrică ).

Sistemul de orientare este necesar datorită neuniformității vântului. Turbinele eoliene cu ax orizontal cu puteri mai mari de 30 kW au un sistem de orientare și de control a poziției nacelei, astfel încât turbina să fie pe direcția vântului pentru a obține un randament cât mai mare. La turbinele de putere mai mică, cu elicea amplasată în amonte de stâlpul de susținere, orientarea se realizează cu o suprafață de comandă de tip ampenaj, numită derivă ) ( vezi Anexa 2. b si Anexa 3. a ).

Sistemul de protecție și control protejează turbina din toate punctele de vedere și permite controlul ei.

Turnul de susținere este structura care susține turbina și nacela la înălțimea la care viteza vântului este mai mare și perturbațiile au valori mici. Structura turnului trebuie să reziste la greutatea sistemului, acțiunea vântului și la încărcarea aerodinamică a rotorului. Ancorarea se face cu cabluri de susținere, echipament de întindere și ancore.

Fundația este un element constructiv care susține turbina eoliană.

4.3. Ferme de turbine eoliene

O centrală eoliană poate fi alcătuită dintr – un aerogenerator sau din mai multe aerogeneratore ( în ultimul caz centrala eoliană se numește parc eolian sau fermă eoliană ). Puterea centralei eoliene depinde de potențialul eolian al amplasamentului. Numărul turbinelor eoliene depinde de tipul turbinelor alese, de puterea lor și de costul investiției. Centrala eoliană se poate amplasa onshore sau offshore ( în funcție de relief ). Prima soluție poate ocupa suprafețe mari de teren ( în special arabil ), iar a doua soluție, se poate adopta doar acolo unde există ape costiere. Fermele offshore dispun de spațiu de amplasare mai generos, de viteze ale vântului mult mai mari ( datorită rugozității mai reduse ale apei comparativ cu relieful terestru variat ), iar impactul vizual este mai scăzut. Factorii geografici și meteorologici au un rol important în adoptarea soluției fermelor offshore: adâncimea apei, fundul apei ( pentru fixarea fundației ), curenții de apă și vârtejurile ( care pot induce vibrații în structura stâlpului și pot modifica forma fundului apei ), înălțimea valurilor, perioadele de îngheț, etc. Totuși, fermele offshore presupun costuri mult mai mari decât în cazul fermelor onshore, datorită complexității structurii amplasate sub nivelul apei și a necesității studiilor geologice ale fundului apei.

4.4. Impactul turbinelor eoliene asupra mediului

Turbinele eoliene au atât un impact pozitiv, cât și un impact negativ asupra mediului înconjurător. Prin maximizarea impactului pozitiv și minimizarea celui negativ se poate asigura folosirea cu succes a acestei resurse energetice. Instalațiile eoliene nu sunt poluante, nu produc dioxid de carbon, sau alți poluanți care ar putea genera ploi acide, smog, radioactivitate, sau alte tipuri de contaminanți pentru sol și apă. O turbină eoliană produce în timpul său de funcționare de 80 de ori energia necesară realizării sale, motiv în plus pentru a încadra energia eoliană în categoria energiilor durabile. Impactul negativ asupra mediului constă în: zgomot, interferență electromagnetică asupra aparatelor electrice, afectarea propagării tuturor undelor datorită mișcării palelor, impact vizual, umbrire, acțiuni indirecte asupra plantelor și viețuitoarelor ( păsările și aparatele de zbor la joasă altitudine pot intra în coliziune cu turbinele eoliene, iar plantele se dezvoltă cu greutate în preajma lor. În cazul turbinelor eoliene amplasate în largul mărilor și oceanelor, navigația și pescuitul au fost interzise ). Se urmărește folosirea de materiale pentru executarea turbinelor aeriene astfel încât acestea să devină invizibile pentru sistemul de comunicație al avioanelor și aeronavelor și pentru undele radio emise de radare, pentru a nu le bruia sau influența.

Viabilitatea economică a centralelor eoliene ține de costurile de investiție, costurile de operare și mentenanță, durata de viață și rata de recuperare a invetiției. În ultimul timp s – a mărit eficiența energetică a instalațiilor eoliene prin creșterea puterii turbinelor, mărirea randamentului acestora, sporirea înălțimii de montare și micșorarea costurilor de investiție pe kW de energie eoliană.

5. ENERGIA SOLARĂ

Motto: „ Energia solară nu este folosită pe scară largă deoarece companiile petroliere nu dețin Soarele ”.

( Ralph Nader ).

Energia solară este un subiect important încă din momentul în care omenirea a realizat că energia constitue o componentă vitală a existenței sale în condițiile civilizației moderne. În foarte multe locuri de pe planeta noastră, Soarele oferă o alternativă posibilă la soluționarea crizei energetice care devine din ce în ce mai accentuată odată cu creșterea populației și ridicarea standardului său de viață, simultan cu epuizarea combustililor fosili și nucleari de fisiune.

În perspectivă, o importanță deosebită capătă dezvoltarea și valorificarea eficientă a unor surse și tehnologii energetice alternative, în vederea înlocuirii parțiale a combustibililor fosili ( având în vedere și criza energetică mondială ).

Într – o secundă, Soarele radiază în spațiu mai multă energie decât a consumat omenirea de la apariția sa pe Pământ ( 3,86 ∙ 1026 J ). O mare parte din această energie se pierde în spațiu, dar energia primită de planeta noastră într – o singură zi este suficientă pentru a asigura necesitățile energetice ale omenirii timp de aproximativ 60 de ani.

Principalele avantaje ale utilizării energiei solare [ 7 ] sunt:

● convertirea radiației solare poate duce la obținerea de energie termică, dar și de energie electrică;

● este disponibilă pretutindeni, în orice cantitate și este accesibilă oricui;

● investiția pentru captarea energiei solare se amortizează relativ repede;

● sistemele de captare a energiei solare au o durată de viață lungă ( peste 20 de ani ) și nu necesită întreținere de amploare;

● aceste sisteme sunt ușor de montat și oferă siguranță la instalare și menținere, neexistând pericol de foc sau explozie;

● energia solară reprezintă o soluție viabilă acolo unde nu există alte posibilități energetice ( locuințe și case izolate );

● se poate obține independență față de sursele obișnuite de energie care folosesc combustibili fosili;

● sistemele de captare a energiei solare se pot folosi și în combinație cu orice altă sursă de energie;

● energia solară este practic inepuizabilă;

● este nepoluantă ( ba chiar în plus conduce la restrângerea surselor de poluare cu efect de seră ). Mai mult, captarea energiei solare nu produce deșeuri, reziduuri, fum, mirosuri, zgomote, etc.;

● energia solară este gratuită, nefiind influențată de nici un fel de creșteri de preț.

Pe lângă aceste avantaje, utilizarea energiei solare are și dezavantajele [ 7 ]:

◈ radiația solară incidentă pe Pământ este variabilă, depinzând de ciclul zi / noapte, oră, ciclul anotimpurilor și condițiile meteorologice locale;

◈ energia solară la suprafața Pământului este dispersată, atingând la amiază, în cele mai bune condiții, aproximativ 1 kW / m2;

◈ densitatea de energie solară este redusă și chiar limitată de anumiți factori, ceea ce duce la mărirea suprafețelor captatoarelor solare și implicit apar probleme pentru spațiul de montare, fapt care obligă la utilizarea concentratoarelor de radiație solară;

◈ tehnologia de captare a energiei solare este încă la început și costisitoare. Prețul producerii unui WATT în prezent, prin intermediul celulelor fotovoltaice, este de 6 – 7 ori mai mare decât cel al producerii sale în termocentrale. De aceea, investiția inițială într-un sistem de producere a energiei prin captarea razelor solare este mare;

◈ randamentul sistemelor solare depinde în mare măsură de unghiul sub care cade raza de soare pe panoul solar, așadar de poziția pe glob;

◈ panourile solare necesită spațiu de instalare orientat convenabil;

◈ sistemul de stocare a energiei generate necesită investiție și întreținere ( stocarea este necesară deoarece energia generată este utilizabilă numai o perioadă de timp scurtă ).

Cererea de energie este de multe ori defazată față de disponibilitatea energiei solare. Astfel, încălzirea clădirilor este necesară în sezonul rece când insolația este mai scăzută decât vara, iar vârfurile consumului de energie electrică se găsesc seara și dimineața, când nivelul radiației solare este foarte scăzut.

Nu este neapărat necesar să se folosească teren agricol pentru amplasarea panourilor de captare a energiei solare. Se pot folosi suprafețe mai puțin adecvate pentru alte scopuri, cum ar fi: acoperișurile clădirilor, deșerturi, suprafețe întinse de apă, etc. În deșerturi se pot amplasa cu succes vaste câmpuri de heliostate, singura problemă care ar trebui rezolvată este aceea a transportului energiei obținute ( uneori distanța de la locul de producere la cel de consum este atât de mare, încât investiția nu se justifică ).

5.1. Conversia energiei solare în alte forme de energie

Conversia fotomecanică se bazează pe presiunea luminii și are aplicații doar în energetica spațială ( motorul de tip „ velă solară ” este similar cu navigația maritimă și oceanică cu ajutorul vântului și a pânzelor ).

Conversia fototermică determină condițiile climatice și meteorologice din diferitele zone geografice, condiții climatice care sunt necesare apariției și dezvoltării vieții pe Pământ și nu în ultimul rând, determină formarea și întreținerea ciclului apei ( fenomen esențial pentru apariția și menținerea vieții ).

Conversia fotochimică împreună cu cea fototermică, stă la baza apariției, dezvoltării și menținerii vieții pe Pământ. Conversia fotochimică dobândește din ce în ce mai mult interes pentru diverse sinteze fotochimice având ca rezultat obținerea diverșilor produși chimici.

Conversia fotoelectrică s – a dezvoltat inițial în tehnologia spațială, dar în ultima perioadă a cunoscut o dezvoltare promițătoare în energetica solară terestră.

Conversia foto – termo – mecanică constă în obținerea energiei mecanice din energie

termică, aceasta din urmă provenind de la Soare ( principiul al doilea al termodinamicii spune

că, pentru a produce ciclic lucru mecanic din căldură sunt necesare întotdeauna două surse de

căldură: una caldă și una rece ). Motoarele și pompele solare pot produce energie mecanică, sunt simple, se întrețin ușor, au durată de viață ridicată, dar nu pot concura în ceea ce privește randamentul cu sistemele clasice. Conversia foto – termo – chimică se bazează pe descompunerea termică a unor

substanțe cu ajutorul energiei termice de proveniență solară. Produșii chimici obținuți în urma

descompunerii, se depozitează separat, iar la recombinarea lor directă se degajă căldură. Aceeași produși de descompunere se pot recombina electrochimic în pile de combustie regenerative. Dacă descompunerea termică se combină cu cea electrochimică ( descompunerea se face cu ajutorul energiei electrice și a energiei termice de origine solară ), conversia se numește foto – termo – electrochimică. În urma acestui tip de conversie se poate ajunge la temperaturi relativ ridicate ( 1500° C ).

Conversia foto – termo – electrică utilizează efectele termoelectrice ( acele efecte care apar în conductoare cu neuniformități de material și de temperatură în procesul de conducție electrică. În urma încălzirii neuniforme ale acestor materiale se obține energie electrică ), sau fenomenul de emisie termoelectronică ( între doi electrozi aflați în vid, sau la o presiune foarte scăzută, unul încălzit cu energie termică de la Soare, iar celălalt răcit, se formează un nor electronic prin emiterea de electroni de la catodul încălzit la anodul mai rece. Acest proces se finalizează cu obținere de energie electrică ).

Conversia foto – electrică înseamnă convertirea energiei solare direct în energie electrică prin efectul fotoelectric ( un caz particular al acestui efect este efectul fotovoltaic ). Obținerea energiei electrice direct prin efectul fotovoltaic este foarte atractivă datorită siguranței în funcționare și exploatare a sistemelor folosite, dar și a întreținerii ușoare. Costurile sunt însă ridicate, iar cantitățile mari de energie electrică obținută pun probleme la stocare în vederea utilizării ulterioare, comparativ cu stocarea energiei termice.

Conversia foto – chimică constă în obținerea unei anumite cantități de căldură, ca urmare a schimbărilor chimice ale moleculelor unui corp ce absoarbe lumina și a căror energie se mărește.

Conversia foto – electrochimică presupune convertirea energiei solare simultan în energie chimică și energie electrică. În prezența luminii la suprafața de contact dintre un electrod semiconductor și un electrolit apare un curent electric însoțit de descompunerea apei în hidrogen și oxigen.

5.2. Soarele

Astrul solar este o stea de mărime medie, format din gaze fierbinți, cu diametrul de

1.400.000 km ( de 110 ori mai mare decât al Pământului ), în interiorul căruia se produce o reacție de fuziune ( fuziunea hidrogenului în heliu ) care generează cantități uriașe de energie. O mică parte din această energie ajunge pe suprafața Pământului, sub formă de radiații electromagnetice. La nivel global, energia primită de Pământ este considerabilă ( aproximativ de 10.000 de ori consumul energetic anual al populației de pe glob ). Puterea medie maximă pe metru pătrat care ajunge pe suprafața Pământului este de 1000 W.

În Soare s – au identificat peste 65 de elemente chimice prezente și în compoziția Pământului. Elementul predominant este hidrogenul, iar pe locul doi este heliul. Împreună, aceste două elemente reprezintă peste 99 % din greutatea Soarelui. Temperatura în zonele centrale interioare ale Soarelui este cuprinsă între 8 ∙ 106 ° K și 40 ∙ 106 ° K. În aceste zone are loc reacția termonucleară de fuziune a hidrogenului, prin care patru protoni se combină pentru a da naștere unui nucleu de heliu, degajând o energie corespunzătoare diferenței între masa nucleului de heliu și masa celor patru protoni. În fiecare secundă, peste patru milioane de tone de materie sunt convertite în energie în nucleul Soarelui, generându-se astfel neutrino și radiație solară. Energia astfel produsă în interiorul Soarelui ajunge la suprafața lui și este radiată în spațiu printr – un ansamblu complicat de procese radiative și convective cu emisie, absorbție și radiație, succesive.

Soarele radiază energie electromagnetică sub formă de fotoni și neutroni. Fluxul total de energie radiantă a Soarelui este de 0,38 Zettawatt . Din această energie, doar 170 milioane de Gigawatt este primită de Pământ. Cea mai mare parte a radiației electromagnetice care ajunge pe Pământ este emisă de fotosfera Soarelui ( emisia de energie din celelalte zone este redusă și nu prezintă importanță pentru aplicațiile termice solare de pe Pământ ). Energia absorbită de Pământ de la Soare este de 3850 Zettajoule ( ZJ ), din care fotosinteza plantelor captează 3 ZJ, energia eoliană 2,2 ZJ, iar necesarul uman de energie 0,5 ZJ ( din care doar 0,06 ZJ sub formă de electricitate ).

În afara atmosferei terestre radiația energetică este aproximativ constantă, fiind egală cu 1370 W / m2. În drum spre suprafața globului terestru, razele solare traversează atmosfera care disipă o parte din energia provenită de la Soare. Radiația solară globală care ajunge pe suprafața Pământului ( mult mai mică decât energia radiantă care vine neîncetat de la Soare ), este suma radiațiilor directă și difuză. Această mărime nu mai este o constantă, ea depinzând de factori geofizici și meteorologici ( latitudine, altitudine, sezon, zi, oră, cantitatea de praf și

vapori din atmosferă, condițiile meteorologice locale, grosimea stratului atmosferic traversat ).

Într – un an Soarele emite în Univers 3 ∙ 1030 kcal, din care doar 6,7 ∙ 1020 kcal / an ajung pe Pământ. Comparând această cantitate de energie cu energia totală a rezervelor de cărbune care se estimează a fi 4,4 ∙ 1019 kcal, se constată că radiația solară care ajunge pe suprafața Pământului în timpul unui an, depășește cu mult resursele de energie cuprinse în toți cărbunii minerali aflați în zăcămintele din subsolul Pămânului.

Necesarul de energie actual la nivel mondial al Pământului ar putea fi acoperit de energia emisă de pe numai 10 ha din suprafața Soarelui. Se estimează că energia radiantă solară interceptată de Pământ timp de 10 zile este echivalentă cu căldura care s – ar dezvolta prin arderea tuturor rezervelor cunoscute de combustibili fosili.

Regiunile geografice sunt clasificate în zece grupe [ 7 ]: prima grupă corespunde unei radiații lunare maxime de 90 – 100 % din radiația maximă medie de pe Pământ, iar grupa a zecea, unei radiații de 0 – 10 % din radiația maximă medie de pe Pământ.

Fluctuația radiației reprezintă diferența dintre valorile medii ale radiației lunare maxime și minime. Regiunile geografice de pe glob sunt clasificate în zece categorii [ 7 ], cu indici de la 1 la 10, indicii mari reprezentând fluctuațiile mici.

România face parte din grupa 3, atât la amplitudinea radiației ( pe teritoriul țării intensitatea radiației solare atinge valori relativ mari ), cât și la fluctuația radiației ( fluctuațiile

se situează într – o gamă destul de largă, dar nu la extreme ).

Valorile densității de putere radiantă cuprinse în legislația tehnică sunt doar orientative, chiar pentru același loc geografic și în același sezon ( datorită variabilității factorului meteorologic, poluării atmosferice, capacității de reflexie a solului la un moment dat, etc. ).

În studierea, proiectarea și realizarea instalațiilor energetice solare, fluxul integral de energie radiantă care vine neîncetat de la Soare la Pământ este unul dintre parametrii cei mai importanți. De determinarea acestui parametru se ocupă actinometria ( termenul provine de la cuvintele grecești actis care înseamnă rază și metron care înseamnă măsură ), care folosește instrumente speciale numite actinometre sau pirheliometre ( aceste instrumente folosesc acțiunea termică a razelor solare, adică evaluarea cantității de energie solară incidentă pe un centimetru pătrat de pe Pământ se face după creșterea temperaturii apei dintr – un vas aflat sub incidența razelor solare ). Cantitatea de energie care vine de la Soare și cade în unitatea de timp pe o suprafață unitară dispusă perpendicular pe razele solare, la distanța de o unitate astronomică ( 149.450.000 km ) de la centrul Soarelui se numește constantă solară.

5.3. Radiația solară

În accepțiunea fizicii cuantice, radiația este un flux de particule numite fotoni care se propagă cu viteza luminii și poartă cu sine o anumită cantitate de energie.

Radiația solară care ajunge pe Pământ are următoarea componență:

radiația ultravioletă cu lungimea de unda λ = 0,28 – 0,38 µm, reprezentând 3 %;

radiația vizibilă cu lungimea de undă λ = 0,38 – 0,78 µm, reprezentând 42 %;

radiația infraroșie cu lungimea de undă λ = 0,78 – 2,5 µm, reprezentând 55 %.

Cea mai mare cantitate de energie termică găsindu – se în această ultimă componentă, rezultă că această radiație poate fi captată eficient chiar și atunci când cerul nu este perfect senin. Lumina este formată din acele lungimi de undă vizibile pentru ochiul uman.

În aplicatiile industriale interesează de obicei nu distribuția energiei pe diverse lungimi de undă ale spectrului de radiație, ci energia totală a radiației la o anumită temperatură.

6. VALORIFICAREA TERMICĂ A ENERGIEI SOLARE

Motto: „ Soarele strălucește pentru toți ”.

( Petronius ).

6.1. Elemente caracteristice ale radiației solare

România are zone cu potențial de utilizare a energiei solare destul de ridicat, respectiv zonele sudice, Dobrogea și litoralul Mării Negre, unde fluxul energetic solar anual poate atinge valori de 1450 …. 1600 kWh / m2 / an. În majoritatea regiunilor țării, fluxul energetic solar anual depășește 1250 …. 1350 kWh / m2 / an.

Radiația solară este influențată de modificarea permanentă a următorilor parametrii:

înălțimea Soarelui pe cer ( unghiul dintre direcția razelor solare și planul orizontal ), unghiul de înclinare a axei Pământului, modificarea distanței dintre Pământ si Soare, latitudinea geografică.

Fig. 6.1. Fluxurile energiei radiante în procesele termice solare. [ 3 ]

Radiația solară sau unda scurtă este radiația provenită de la Soare în intervalul de lungimi de undă între 0,3 si 3 µm. Aceasta cuprinde atât radiația directă cât și cea difuză.

Radiația de undă lungă, caracterizată de lungimi de undă mai mari de 3 µm, reprezintă emisia neîntreruptă a radiației terestre în domeniul infraroșu. Intensitarea acestei radiații depinde de valoarea temperaturii absolute a suprafeței terestre, care la rândul ei este determinată de intensitatea radiației globale.

Radiația termică reprezintă energia electromagnetică care se propagă printr – un spațiu cu viteza luminii. Radiația termică este emisă de corpuri pe baza temperaturii lor ( în interiorul corpurilor au loc transformări ale energiei interne în energie cu lungimi de undă cuprinse între 0,1 si 100 µm ). Pentru radiația termică este necesară cunoașterea următoarelor caracteristici: fluxul termic radiant ( energia emisă de un corp în unitatea de timp în tot spațiul ), intensitatea radiației ( energia care trece printr – un plan imaginar pe unitatea de suprafață, unitatea de timp și unitatea unghiului solid a cărui direcție este perpendiculară pe planul imaginar ), tipul corpului ( corpul negru absoarbe toată radiația incidentă, corpul alb reflectă toată radiația incidentă, iar corpul diaterm este transparent pentru radiația incidentă ), felul suprafeței de incidență ( suprafața unui corp este lucie dacă reflectă radiația incidentă într – o singură direcție sub un unghi egal cu unghiul de incidență, iar suprafața este mată dacă reflectă radiația incidentă în toate direcțiile ), puterea totală de emisie ( fluxul radiant emis de unitate de suprafață a corpului în toate direcțiile și pe toate lungimile de undă ), radiozitatea ( toată energia radiată de o suprafață, care include emisia proprie și emisia datorată iradiației reflectate ).

Fig. 6.2. Distribuția energiei radiante:

Q – fluxul termic radiant emis total;

QA – fluxul termic radiant absorbit;

QR – fluxul termic radiant reflectat;

QD – fluxul termic radiant de difuzie. [ 3 ]

A, R, D sunt coeficienții de absorbție, de reflexie și de difuzie. Pot avea valori cuprinseîntre 0 și 1, în funcție de natura corpului, starea suprafeței, spectrul radiației incidente și temperatură. Suma lor trebuie să fie egală cu 1. Corpul negru are A = 1; R = D = 0. Corpul alb are R = 1; A = D = 0. Corpul diaterm are D = 1; A = R = 0.

Intensitatea radiației globale pe o suprafață oarecare este influențată de factorii [ 3 ]:

► geofizici ( latitudine și altitudine ). Pentru localitatea analizată sunt constanți și cunoscuți;

► astronomici ( unghiul de înălțime a Soarelui față de planul orizontal și unghiul de înclinație ). Sunt cunoscuți, dar au variații în timp;

► constructivi ( unghiul de înclinare a suprafeței față de planul orizontal și deviația normalei la planul suprafeței față de direcția sud a meridianului local ). Sunt necesare analize

serioase pentru a determina și optimiza acești factori;

► meteorologici ( transparența atmosferei, nebulozitatea, temperatura și umiditatea aerului ). Acești factori se pot determina doar prin observații multianuale organizate și efectuate de stațiile meteorologice.

Instrumentele cu care se determină potențialul energetic solar sunt [ 3 ]:

■ pirheliometrul ( radiometrul ), măsoară radiația solară directă;

■ piranometrul ( albedometrul ), măsoară radiația solară difuză, globală sau reflectată de unda scurtă în unghi de 180°;

■ pirgeometrul, măsoară radiația solară descendentă a atmosferei și ascendentă terestră de undă lungă în unghi de 180°;

■ pirradiometrul diferențial, măsoară radiația solară netă în spectru total într – un unghi

de deschidere de 360°.

6.2. Captarea energiei solare

Pentru a beneficia și a folosi energia radiantă solară se folosesc captatoare în care circulă un fluid care transferă căldura primită de la razele solare la consumatori. Energia astfel recuperată se poate folosi în mod direct, sau se poate depozita ( pentru a beneficia de energia solară termică chiar și atunci când razele solare nu sunt prezente ). Se poate folosi și un sistem alternativ ( care produce energie prin mijloace tradiționale ).

Se urmărește ca pentru construcțiile noi să se aplice conceptul de „ locuință pozitivă energetic ”. Conceptul trebuie să combine o arhitectură care să beneficieze la maxim de aportul solar ( orientare, dispunerea suprafețelor vitrate, izolație, inerție, etc. ), cu instalațiile de captare solare termice și fotovoltaice.

Un captator solar termic trebuie să îndeplinească anumite condiții cerute de normele în vigoare:

să aibă o bună performanță în convertirea energiei solare în caldură;

să prezinte rezistență mare la factorii agresivi externi ( praf, zăpadă, grindină, vânt );

să reziste la temperaturile care se pot atinge;

să – și păstreze performanțele în timp;

să se monteze și să se exploateze ușor.

Cantitatea de energie captată pe o suprafață dată este în funcție de orientarea și înclinarea acesteia în raport cu orizontala. În urma cercetărilor și experimentelor se recomandă ca în emisfera nordică orientarea suprafețelor captatoare să se facă pe cît posibil, înspre sud. Comparativ, în emisfera sudică orientarea suprafețelor captatoare trebuie să se facă pe cît posibil, înspre nord. Unghiul optim de înclinare al colectorului este egal cu latitudinea locației de amplasare cu variația unghiului între 10’ si 15’, dar înclinația optimă depinde de modul de exploatare a instalațiilor solare ( sezonieră sau pe tot timpul anului ). În România înclinarea de 30° permite cea mai bună productivitate medie anuală în sezonul estival, dar, practica recomandă 45°, care favorizează producția energiei termice și electrice chiar și pe timpul iernii și în plus ajută la autocurățare ( de praf și impurități ).

6.3. Captatoare fără concentrarea radiației

Sunt captatoare solare la care aria suprafeței ce absoarbe o anumită cantitate de radiații solare este identică cu aria suprafeței care interceptează acea cantitate de radiații solare.

Avantajele folosirii acestui tip de captatoare sunt [ 7 ]:

► utilizează atât radiația solară directă cât și radiația difuză;

► nu necesită orientare precisă către Soare;

► construcția este mai simplă decât a captatoarelor cu concentrarea radiației solare;

► întreținerea este ușoară.

Aceste captatoare sunt folosite la temperaturi moderate ( 100° C peste temperatura ambiantă ). După forma suprafeței absorbante, captatoarele fără concentrarea radiației solare pot fi plane ( sunt cele mai folosite și poartă denumirea de captatoare plane ), cilindrice, semicilindrice, etc.

6.3.1. Captatoare plane

În ( Fig. 6.3. și Fig. 6.6. ) se observă modul de alcătuire al captatoarele plane:

● anvelopa transparentă permite trecerea radiației solare și este formată din unul sau mai multe straturi transparente pentru radiația solară ( ajută la realizarea efectului de seră prin blocarea razelor infraroșii emise de suprafața absorbantă ). Anvelopa are rolul și de a reduce

pierderile de căldură prin convecție și radiație către mediul ambiant;

● suprafața plană neagră absoarbe energia solară în vederea transferării acesteia spre un fluid purtător de căldură;

● țevi, prin care circulă fluidul de lucru ( apa, apa în amestec cu glicol pe timp de iarnă, sau aerul care nu îngheață iarna și nu fierbe vara );

● colectoare de capăt, care permit admisia și refularea fluidului către țevile din suprafața absorbantă;

● izolația termică interioară a suprafeței absorbante, necesară pentru reducerea pierderilor de căldură prin conducție termică;

● carcasa, cu rol de protecție împotriva impurităților, umidității, prafului, etc.

Fig. 6.3. Colector solar plan. [ 3 ]

Geamurile pot fi confecționate din sticlă sau material plastic. Aceste materiale trebuie să aibă un factor energetic de transmisie ridicat pentru radiația solară, nu trebuie să – și modifice în timp proprietățile și trebuie să posede o rezistență mecanică ridicată. Stratul transparent de sticlă permite intrarea razelor solare, dar devine opac pentru radiația infraroșie ( căldura emisă de suprafața absorbantă ). Materialele plastice sub formă de foi subțiri și foarte subțiri au anumite avantaje față de folosirea sticlei: greutate redusă, reziliență și flexibilitate ridicate, factor energetic de transmisie a radiației solare mai ridicat, cost relativ redus. Însă, materialele plastice se pot zgâria foarte ușor, se pot deforma la temperaturi ridicate, se îngălbenesc sub acțiunea razelor solare și au durabilitate relativ redusă.

Placa absorbantă și conductele pentru fluidul purtător de căldură se pot confecționa din metal ( cupru, aluminiu, oțel ), material plastic sau cauciuc, fiecare dintre materiale având atât avantaje, cât și dezavantaje. Un rol important îl are contactul dintre țeavă și placă ( contactul trebuie să aibă o rezistență cât mai mică ). Există următoarele soluții, ( Fig. 6.4. ): 1 constă în sudarea clasică, când țeava și placa sunt din oțel; 2 constă în deformarea plăcii astfel încât să îmbrace țeava, urmată de brazarea acesteia; iar 3 este sudarea cu unde ultrasonice a plăcii și țevii din aluminiu. Fiecare dintre soluții are atât avantaje, cât și dezavantaje.

Fig. 6.4. Soluții tehnice de îmbinare a ansamblului țeavă – placă. [ 3 ]

O altă soluție este realizarea plăcilor absorbante cu conducte încorporate ( numite plăci cu circuit hidraulic sau imprimat ), care chiar dacă au un preț mai ridicat, înlătură rezistența termică placă – tub. Sistemul se realizează din două foi de aluminiu care se prelucrează prin îndoire astfel încât să imite forma conductele. După prelucrare, foile se curăță de impurități și oxizi și se lipesc. Procedeul este prezentat în figura următoare.

Fig. 6.5. Realizarea unei plăci absorbante cu circuit hidraulic inclus. [ 7 ]

Folosirea plăcilor cu circuit hidraulic este obligatorie atunci când se utilizează material plastic și cauciuc ( trebuie să se realizeze un contact foarte bun între placa absorbantă și conducte, deoarece ambele materiale au conductibilitate termică mult mai scăzută decât a metalelor ).

Suprafața plăcii absorbante trebuie să aibă un factor energetic de absorbție cât mai mare pentru radiația solară. Cea mai simplă metodă este vopsirea plăcii absorbante în negru. Grundul și vopseaua se aplică în straturi cât mai subțiri, pentru a nu mări rezistența termică și pentru a nu se exfolia datorită dilatărilor și contracțiilor repetate.

Fig. 6.6. Secțiune într – un colector solar plan. [ 7 ]

Pentru izolare termică se folosesc materiale adecvate cum ar fi: vată de sticlă, spumă poliuretanică, polistiren expandat, vată de sticlă combinată cu polistiren expandat și folie de aluminiu între ele. Aceste materiale trebuie să îndeplinească niște cerințe: să fie ieftine, să aibă proprietăți izolatoare foarte bune, să reziste la temperaturi mari, să fie ușoare, să nu – și piardă proprietățile în prezența umidității. Un strat de aer între sticlă și suprafața absorbantă este benefic pentru izolarea pe această parte a captatorului.

Garnitura de etanșare previne și împiedică pătrunderea apei și a prafului. Apa poate condensa pe suprafața internă a sticlei în condiții de cer noros. Acest lucru duce la micșorarea transparenței și a randamentului. Condensul dispare în momentul în care sticla se încălzește, rezultând o decalare a funcționării captatorului. Praful se poate depune pe suprafața internă a sticlei și pe suprafața absorbantă, micșorând randamentul captatorului. Dacă etanșarea cu garnitură nu este corespunzătoare și este dificilă din punct de vedere economic, se realizează un sistem de ventilare format din găuri amplasate astfel încât să se evite pătrunderea apei.

Carcasa se poate confecționa din material lemnos, material plastic, material metalic ( oțel, aliminiu ), sau combinații ale acestora, protejate împotriva degradării. Se recomandă executarea carcasei dintr – o structură din aluminiu și folii din oțel zincat. Carcasa nu trebuie să aibă rezistență mecanică mare, deoarece elementul pe care va fi fixată ( acoperiș sau suport metalic ) va prelua toate solicitările. Carcasa trebuie să aibă o construcție simplă sub forma unei cutii cu fund plat sau ondulat ( pentru rigidizare ) și patru laturi.

Performanța captatorului plan se măsoară prin randamentul acestuia, care este raportul dintre căldura utilă obținută într – o perioadă de timp oarecare și energia solară incidentă pe suprafața captatorului în aceeași perioadă de timp. Ar fi de dorit să se obțină randamentul maxim, însă, la proiectarea unei instalații solare se urmărește, de regulă, obținerea energiei la un cost minim. De aceea, s – ar putea să se prefere un captator inferior celui tehnologic posibil, dacă acesta produce energia la un preă mai redus.

Pentru reducerea pierderilor de căldură prin convecție din captatoarele plane, s – a încercat utilizarea unor structuri celulare ( de tip fagure ) în spațiile dintre geamuri și suprafața absorbantă, după cum se arată în ( Fig. 6.7. ).

Fig. 6.7. Exemplu de utilizare a unei structuri celulare într – un captator plan. [ 7 ]

La captatoarele orizontale cu structuri celulare verticale s – a obținut o reducere a convecției. La captatoarele înclinate față de orizontală, experiența arată că efectul structurii celulare asupra convecției este neglijabil. Având în vedere că se recomandă montarea captatoarelor plane înclinat față de orizontală, folosirea structurilor celulare este dezavantajoasă din punct de vedere al prețului de cost și al faptului că se poate înrăutăți transmisia radiației solare odată cu micșorarea rezistenței termice dintre placă și geamuri.

6.3.2. Captatoare cilindrice

O îmbunătățire sesizabilă a randamentului captatoarelor solare se obține înlocuind suprafața absorbantă plană cu una cilindrică.

Fig. 6.8. Captator solar cilindric. [ 7 ]

Captatorul cilindric orientat pe direcția nord – sud, și având axa perpendiculară pe direcția razelor solare, poate să utilizeze integral radiația solară, păstrând practic constant randamentul în decursul unei zile senine. Pierderile prin reflexie și absorbție sunt mai mici, căldura fiind transmisă direct de la suprafața absorbantă la fluidul purtător de căldură. În plus, pierderile termice prin spatele captatorului sunt eliminate. Toți acești factori duc la o creștere considerabilă a randamentului global al captatorului. Construcția este simplă și economică. Pentru cele două suprafețe ( transparentă și absorbantă ) se folosesc aceleași materiale: sticlă și materiale plastice. Materialul plastic duce la costuri mai mici, dar, sticla permite vidarea spațiului dintre cele doua tuburi, obținându – se creșterea randamentului datorită reducerii pierderilor de căldura prin convecție de la suprafața absorbantă la cea transparentă. Este posibilă și o concentrare a radiației solare, fie prin acoperirea cu un strat reflectant a jumătății inferioare a tubului exterioare, fie poziționând captatoarele deasupra unor suprafețe reflectante concave.

Fig. 6.9. Captatoare cilindrice folosind și concentrarea radiației. [ 7 ]

Se observă mai multe captatoare cilindrice dispuse pe același panou și interconectate, ducând ducând la obținerea unui captator foarte eficient.

Fig. 6.10. Secțiune printr – un captator cilindric elementar. [ 7 ]

Pentru a putea realiza ușor circulația fluidului purtător de căldură și interconectarea tuburilor, în interiorul suprafeței absorbante a fiecărui captator elementar se află un tub de aducțiune.

6.3.3. Captatoare semicilindrice

Captatoarele semicilindrice combină avantajele captatoarelor cilindrice cu avantajul montării ușoare pe suprafețe plane.

Fig. 6.11. Captator solar semicilindric. [ 7 ]

6.3.4. Captatoare plane fără sticlă

Captatorul tip covor constă dintr – o rețea de tuburi negre din materiale plastice amplasate pe sol sau pe un acoperiș, în apropierea piscinei a cărei apă urmează să fie încălzită. Se produce apă caldă cu temperatură relativ scăzută ( oricum apa din piscină nu trebuie să aibă mai mult de 30° C ). Randamentul captatorului este foarte bun, având în vedere că ridică temperatura apei cu puțin peste temperatura aerului înconjurător. Pentru mărirea randamentului și a temperaturii apei, captatorul covor poate fi pavat cu sticlă sau plăci de policarbonat alveolar ( care este un material rezistent mecanic și chimic ), material care suportă traficul pietonal. Acest tip de captator se poate amplasa pe peluză sau pe terasă, în funcție de posibilități.

6.3.5. Alte tipuri de captatoare fără concentrarea radiației

S – a observat că în cazul lacurilor sărate temperatura stratului de la fundul lacului

( care are și o salinitate mai ridicată ) este mai ridicată decât temperatura stratului de la suprafața lacului ( care are o salinitate mai scăzută ). Radiația solara este absorbită de straturile inferioare de apă, care au o temperatura mai ridicată. Aceste straturi de apă își păstrează densitatea și nu apar curenți care ar omogeniza apa. Astfel, s – a sugerat construirea unor mari captatoare solare orizontale sub forma unor bazine cu apă sărată, pe fundul cărora se află tuburi prin care circulă un fluid purtător de căldură, ca la orice captator solar plan, după cum se arată în ( Fig. 6.12. ). Împotriva evaporării apei, bazinele trebuie acoperite cu geam.

Fig. 6.12. Captator solar de tip bazin, folosind inversiunea temperaturilor. [ 7 ]

Totusi, eficiența acestui tip de captator este dependentă de unghiul de incidență al razelor solare pe suprafața absorbantă, iar pentru a realiza o incidență normală ar însemna orientarea permanentă a captatorului spre Soare, fapt nerentabil, iar în cazul bazinelor foarte mari, nerealizabil. În plus, apar pierderi de energie în toate părțile componente ale captatorului, care duc la atingerea unui randament de doar 30% din randamentul teoretic.

6.3.6. Captatoare cu tuburi vidate

Fig. 6.13. Scheme constructive de tuburi vidate. [ 3 ]

Pentru a micșora pierderile de căldură dintre suprafețele absorbantă și transparentă, schimbătorul de căldură format din placă și țeavă se montează într – un tub vidat.

Astfel, în tubul de sticlă 1 sunt amplasate suprafața absorbantă 2 și țeava 3. În situatia a, apa rece intră prin ștuțul 5, se încălzește și prin ștuțul 4 ajunge în rezervorul de acumulare. Ambele ștuțuri trebuie să fie etanșe față de tubul de sticla, însă, cele doua materiale având coeficienți de dilatare – contracție diferiți, poate să se piardă etanșeitatea. Problema se poate remedia conform situației b, unde etanșarea se face doar la un capăt. Țeava 3 este umplută parțial cu un lichid care are temperatură de vaporizare scăzută. În urma preluării căldurii de la suprafața de absorbție, lichidul vaporizează, presiunea în țeava 3 crește și vaporii ajung prin ștuțul 6 în schimbătorul de căldură 8. Aici, vaporii cedează căldura fluidului care circulă prin țeava 7, condensează, iar lichidul se reîntoarce în țeava 3 ca să fie reîncălzit. Dezavantajele colectoarelor cu vid sunt următoarele: sunt mai scumpe, au masa mai mare, există pericolul deteriorării conexiunilor etanșe, iar repararea nu se poate face în condiții de exploatare.

6.3.7. Captatoare plane cu aer

Se poate folosi și aerul ca fluid de lucru. Aerul are capacitatea calorică de numai un sfert din cea a apei. De aceea, pentru obținerea unor performanțe bune ale captatorului cu aer este necesar ori să se mărească de cel puțin patru ori debitul de aer care trece prin captator ( măsura nu dă rezultate deosebite, deoarece mărirea vitezei aerului împiedică încălzirea aerului la temperaturi optime ), ori să se mărească de același număr de ori temperatura aerului din captator. Aceste două măsuri se iau în paralel, adică, se aleg adecvat dimensiunile conductelor prin care circulă aerul și se îmbunătățesc captatoarele pentru mărirea temperaturii aerului din ele. Pentru dimensiuni foarte mici ale grosimii stratului de aer, se obțin captatoare cu peliculă de fluid. Acestea prezintă următoarele avantaje, deși pot necesita tehnologii de fabricație mai complicate:

● inerția termică este redusă, captatorul intră rapid în funcțiune;

● în cazul apei, rezistența termică corespunzătoare transmisiei căldurii prin convecție de la pereții conductei la lichid este foarte mică;

● în anotimpul rece, volumul apei se mărește, dar la grosimi mici ale peliculei de apă, variația de volum a apei poate fi preluată fără dificultăți de pereții conductelor. Acest aspect asigură o fiabilitate ridicată.

Aerul poate circula prin canalul dintre suprafața absorbantă și suprafața transpareantă, prin canalul dintre suprafața absorbantă și izolația termică, sau prin ambele.

Fig. 6.14. Colector solar pentru încălzirea aerului. [ 3 ]

1 – suprafața absorbantă;

2 – suprafața transparentă;

3 – izolația termică;

4 – carcasa;

5 – ventilator.

Circulația aerului trebuie să fie mai intensă, deoarece are densitatea de circa 900 de ori mai mică decât a apei ( în acest scop se folosesc ventilatoare ). Totodată trebuie mărită suprafața de contact dintre suprafața absorbantă și fluxul de aer.

Fig. 6.15. Colectoare solare pentru încălzirea aerului – scheme constructive ale suprafețelor absorbante:

1 suprafața absorbantă,

2 suprafața transparentă,

3 izolație. [ 3 ]

În cazul a, aerul circulă prin ambele canale, iar suprafața absorbantă este ondulată pentru a mări aria de contact cu aerul. În cazul b, aerul circulă prin canale formate din plăci metalice sudate pe partea inferioară a suprafeței absorbante. În cazul c, situația este asemănătoare cazului precedent, diferența constând în forma triunghiulară a canalelor. În cazul d, aerul circulă prin suprafața absorbantă care este confecționată dintr – un material granular. S – au experimentat captatoare plane cu aer cu suprafața absorbantă formată din mai multe geamuri suprapuse, înnegrite pe unele porțiuni, după cum se vede în figura următoare.

Fig. 6.16. Configurația captatorului plan cu sită din sticlă neagră. [ 7 ]

Colectoarele solare plane se folosesc în special pentru producerea de apă caldă menajeră, încălzirea spațiului, uscarea diferitelor materiale și pentru aplicații care necesită folosirea unui lichid cu o temperatură mai mică de 100° C. Placa de absorbție a colectorului transferă o parte din energia termică către lichidul care curge prin interiorul țevilor prin convecție forțată. Cealaltă parte de energia termică se pierde către mediul ambiant datorită diferenței mari de temperatură care poate exista la un moment dat între placă și mediul ambiant. Eficiența colectorului depinde de temperatura plăcii, de proprietățile fizice ale lichidului de lucru, de durata de expunere la Soare, de temperatura mediului ambiant, de emisivitatea plăcii.

Ca sistem pasiv, colectoarele solare plane se montează într – o poziție staționară, adică nu urmăresc Soarele ( de exemplu ca parte integrantă a unui perete sau structura acoperișului ), optimizându – se orientarea în funcție de perioada din an în care dispozitivul solar este destinat să funcționeze.

6.4. Captatoare cu concentrarea radiației

Acest tip de captator denumit și captator cu focalizarea radiațiilor, folosește sisteme optice bazate pe reflexie sau refracție pentru a mări densitatea fluxului de radiație care cade pe suprafața de captare a receptorului. Un captator cu concentrator poate fi considerat ca o particularitate a captatorului plan, care în plus are un concentrator de radiații interpus între Soare și captator. Cu creșterea densității fluxului de radiație solară care ajunge pe receptor, scade suprafața necesară de recepție pentru o aceeași cantitate totală de energie captată, ceea ce duce în mod corespunzător la scăderea pierderilor termice ale receptorului și deci, temperaturi mai mari ale fluidului purtător de caldură. Pe de altă parte, sistemele cu concentrator funcționează numai pe baza componentei directe a radiației solare ( radiația difuză se pierde și în plus apar și alte pierderi optice suplimentare comparativ cu captatoarele plane ). În plus, pierderile de căldură prin radiație sunt foarte importante, datorită temperaturilor mai mari decât la captatoarele plane.

Costul energiei furnizate de un sistem de captare cu focalizare depinde de temperatura la care se produce agentul termic ( energia termică este cu atât mai valoroasă cu cât nivelul de temperatură al fluidului de lucru livrat este mai ridicat ). Materialele de fabricație sunt scumpe, deoarece trebuie să reziste la temperaturile de regim. Pentru obținerea de temperaturi ridicate cresc exigențele în ceea ce privește precizia sistemelor optice folosite pentru concentrare, ceea ce înseamnă creșterea costurilor. Costurile mai sunt sporite și de sistemul de orientare pentru urmărirea mișcării aparente diurne, lunare sau sezoniere a Soarelui. Apar și cerințe specifice pentru întreținerea sistemelor optice pentru păstrarea calității suprafețelor de reflexie sau refracție ( murdăriri, oxidări, deteriorări, deformări ). Prețurile mari au redus gradul de utilitate al sistemelor cu concentrator.

Se folosesc mai multe configurații de concentratori. Astfel, în cazul a se prezintă un difuzor plat, în cazul b un reflector specular în vârf, concentratorul din cazul c este format din mai multe reflectoare plane, în cazul d se prezintă un reflector parabolic, în cazul e sunt reflectoare Fresnel ( reflectoare plane mobile ), iar în cazul f, fețele reflectoarelor pot fi montate individual și ajustate pe poziție.

Fig. 6.17. Diferite configurații de concentratori. [ 3 ]

Se definește raportul de concentrare ca fiind valoarea medie a densității fluxului de radiație colectat de către receptor raportată la valoarea medie a densității fluxului de radiație care cade pe concentrator. În funcție de acest indice, există următoarele captatoare [ 7 ]:

în prima clasă, raportul de concentrare poate fi: 1 pentru captatoarele plane, pînă la aproximativ 2 în cazul folosirii unor oglinzi laterale plane ( vezi Anexa 7. ) și pînă la aproximativ 3 pentru captatoarele plane prevăzute cu concentratoare parabolice compuse ( vezi Anexa 8. ). Acestea nu necesită urmărirea Soarelui ( au avantajul simplității constructive și funcționale ), dar, temperaturile obținute sunt mici ( până la 100° C );

în a doua clasă, raportul de concentrare poate ajunge până la 10 ( captatoare cu concentrator de tip est – vest ). În timpul amiezii nu necesită urmărirea Soarelui, dar în restul zilei, săptămânii și lunii este necesară ajustarea periodică a unghiului de poziționare față de planul orizontal, în jurul axei est – vest ( vezi Anexa 9. ). Se pot atinge temperaturi de 200° C, utile pentru producerea aburului;

a treia clasă presupune un raport de concentrare care poate ajunge până la valoarea de 100 ( captatoare cu de tipul cu focalizare liniară ). Necesită urmărirea diurnă a Soarelui cu o mișcare în jurul unei singure axe. Se pot atinge temperaturi de până la 350° C ( vezi Anexele 10., 11., 12., 13. );

ultima clasă de captatoare poate depăși rapoarte de concentrare de 1000. Sunt fie oglinzi de forma unor paraboloizi de revoluție cu mișcare în jurul a două axe pentru urmărirea continuă și precisă a Soarelui, fie oglinzi plane sau ușor curbate cu mișcare de urmărire a Soarelui care dirijează radiația solară spre un receptor aflat în vârful unui turn. Aceste sisteme produc temperaturi de lucru de peste 500° C. Raportul de concentrare se limitează în jurul valorii de 1000, din considerente de rezistență termică a materialelor.

După tipul de concentrator, se disting:

♦ captatoare cu concentrator fix: concentratorul piramidal ( vezi Anexa 7. ), concentratorul dublu parabolic ( vezi Anexele 8. și 9. ), concentratorul sferic fix cu receptor mobil ( vezi Anexele 14. și 15. );

♦ captatoare cu concentrator mobil: concentratorul cu oglinzi și lentile Fresnel ( vezi Anexele 13. și 16. ), captatorul cu concentrator conic ( vezi Anexa 17. ), captatorul cu concentrator paraboloid de revoluție ( vezi Anexa 18. ), captatorul cu concentrator cilindro – parabolic ( vezi Anexa 10. ).

6.5. Considerații practice la proiectarea și construcția captatoarelor

La proiectarea și construcția captatorului trebuie să se țină cont în primul rând de costul energiei furnizate. Orice soluție de îmbunătățire a randamentului duce în același timp și la creșterea costului captatorului, astfel încât, aceste soluții se adoptă având în vedere costul final al energiei furnizate

Captatorul trebuie proiectat să reziste la temperaturi ridicate ( cam 200° C peste temperatura ambiantă ), care pot să fie atinse atunci când fluidul purtător de căldură nu circulă datorită unor defecțiuni la sistemul de pompare. Totodată, captatorul trebuie să reziste la solicitările produse de vânt, ploaie, grindină și zăpadă.

Geamurile trebuie să fie etanșe ( să nu permită ieșirea aerului cald sau intrarea aerului

rece, a prafului, a umezelii, etc.) și să nu se spargă ca urmare a dilatării sau contracției termice.

Instalarea și întreținerea instalațiilor solare trebuie să se facă ușor și trebuie să permită accesibilitatea în timpul reparațiilor.

În zonele cu risc de îngheț se aplică următoarele măsuri de siguranță: adăugarea de antigel în apă, sau eliminarea apei din captator.

Pentru împiedicarea coroziunii conductelor din oțel sau aluminiu se introduc în apă inhibitori ( măsura este economică doar dacă apa este recirculată si nu se elimină în anotimpul rece ).

Orientarea captatoarelor fără concentrarea radiației este spre ecuator ( adică sud în emisfera nordică ). Înclinarea față de orizontală se face în funcție de locul și perioada din an în care urmează să funcționeze instalația solară. Poziția de montare a captatoarelor poate fi fixă, sau mobilă, fiecare soluție având atât avantaje, cât și dezavantaje ( soluția mobilă este mai costisitoare datorită mecanismelor, dar, având în vedere posibilitatea orientării captatorului după razele solare, randamentul acestuia crește ).

6.6. Performanța diferitelor tipuri de captatoare

Performanța globală a captatorului se calculează pe baza pierderilor optice și a pierderilor termice și este specificată în.

Performanța optică a captatorului reprezintă procentajul puterii radiative a Soarelui care va fi într – adevăr absorbită de acesta.

Performanța termică a captatorului se referă la pierderile de căldură ale acestuia prin convecție și radiație către exterior. De fapt, pierderea de căldură are loc între fluidul termoconductor și exterior. Această performanță este direct proporțională cu diferența de temperatură dintre captator și mediul ambiant.

6.7. Utilizarea termică a energiei solare

S – au obținut rezultate remarcabile în ceea ce privește captarea radiației solare directe și utilizarea acesteia pentru: producerea apei calde menajere și industriale, uscarea diferitelor produse, încălzirea clădirilor, încălzirea apei din piscine, desalinizarea apei, etc.

În vederea deshidratării și uscării, legumele, fructele, plantele medicinale, cheresteaua,

etc. expuse în aer liber la Soare necesită durate relativ mari de uscare, suprafețe mari de expunere și în plus sunt afectate de condițiile meteorologice. Totodată praful, sporii de ciuperci și de microorganisme, insectele sunt inconveniente majore ale uscării la Soare. Folosind căldură produsă prin mijloace clasice crește destul de mult prețul produsului finit. De aceea, energia solară devine o variantă viabilă pentru deshidratarea și uscarea unor produse. Energia solară elimină inconvenientele de mai sus, dar instalațiile în sine sunt costisitoare, atât în ceea ce privește investiția inițială, cât și a faptului că deshidratarea și uscarea sunt procese sezoniere ( legumele, fructele, plantele medicinale se prelucrează doar vara și toamna, iar lemnul, în perioada de exploatare ).

Desalinizarea apei oceanice datează încă din antichitate, când Aristotel a descoperit principiul distilării. Vechii marinari desalinizau apa de mare prin simpla fierbere. Utilizarea în scopuri industriale este însă de dată recentă, când cercetătorii au dezvoltat procedeul de desalinizare prin osmoză inversă. Distilarea sau desalinizarea termică constă în evaporarea apei de mare folosind căldură ( chiar solară ). După condensare rezultă apă potabilă. Osmoza inversă constă în următoarele etape: tratarea apei de mare pentru a o debarasa de elementele în suspensie și de microorganismele pe care le conține, aplicarea unei presiuni suficiente pentru a face ca apa să treacă printr – o membrană semipermeabilă, foarte densă, care permite doar trecerea moleculelor de apă. Inconvenientul major este prețul foarte ridicat al instalației.

6.7.1. Producerea apei calde menajere

Sistemul solar de producere a apei calde menajere este constituit din: captator solar, spațiu de depozitare, sistem auxiliar, sistem de circulație și sistem de control. Cele mai utilizate sisteme pentru prepararea apei calde menajere sunt:

Sistemul solar termosifon monobloc presupune montarea captatorului solar și a spațiului de depozitare împreună. Apa se încălzește în captator și urcă în mod natural către spațiul de depozitare situat mai sus de captatorul solar. Nefiind nevoie de pompe de circulație, nu este necesară folosirea electricității. Sistemul se pretează la zonele foarte însorite, este simplu și permite autoreglarea. Greutatea poate împiedica montarea sistemului pe acoperiș, dar, montarea și întreținerea sunt relativ simple.

Sistemul solar termosifon cu elemente separate funcționează asemănător cu sistemul

solar termosifon monobloc, cu diferența că spațiul de depozitare este situat în interiorul clădirii. Este necesar să se respecte diferența de nivel dintre captator și rezervor. Dacă în cazul precedent pierderile termice sunt destul de mari în perioada rece, în al doilea caz aceste pierderi sunt limitate.

Instalația solară cu circulație forțată este soluția cea mai folosită și se compune din captator solar plan sau sub vid amplasat pe acoperiș și un rezervor de apă caldă cu schimbător de căldură. Lichidul termoconductor circulă prin conducte izolate termic și este pus în mișcare de o pompă de circulație.

Autodepozitul solar este o instalație în care captarea energiei solare termice și depozitarea apei calde sunt realizate de același element ( un rezervor cilindric din oțel inoxidabil acoperit cu un strat selectiv, amplasat într – un spațiu izolat și închis cu sticlă simplă ). Acest sistem se folosește în zonele cu o rată foarte mare de însorire.

Celelalte elementele componente ale sistemelor solare de producere a apei calde menajere sunt [ 1 ]:

instalațiile auxiliare ( suplimentare ) sunt necesare pentru a contracara capriciile climatice. Se poate utiliza un rezervor de stocare a apei calde alimentat atât de la captatorul solar cât și de la o sursă tradițională de apă caldă;

sistemul de control are rolul de a porni pompa de circulație atunci când temperatura apei din rezervor scade, transferând astfel apa caldă în rezervor. Când temperaturile din rezervor și captator sunt apropiate ca valoare, pompa se oprește. Sistemul de control ajută și la furnizarea energiei auxiliare;

conductele pot fi din cupru sau oțel ( este recomandabil să se păstreze același material pe toata lungimea conductei ), izolate termic și protejate împotriva efectelor vremii;

schimbătoarele de căldură transferă energia solară termică către apa din rezervor și izolează circuitul primar care conține fluidul termoconductor de circuitul care vehiculează apa caldă menajeră;

pentru buna funcționare și pentru securitatea instalației solare se prevăd: vas de expansiune ( preia dilatările ), supapă de siguranță ( elimină în atmosferă suprapresiunile accidentale ), manometru, aerisire ( montată la partea superioară a instalației are rolul de a evacua automat aerul atât la umplere cât și la pornire ), supapă de reținere ( oprește circulația apei prin termosifon când rezervorul este mai cald decât captatorul – noaptea de exemplu).

Prepararea și furnizarea apei calde menajere se poate face pentru consum individual sau pentru consum colectiv. În ambele cazuri un rol important îl are dimensionarea instalației solare care se realizează după cum urmează:

► evaluarea corectă a necesarului de apă caldă menajeră ( volum și timp de folosire );

► adaptarea instalației solare la caracteristicile arhitectonice ale clădirii;

► dimensionarea suprafeței de captare ținând cont de : suprafața maximă disponibilă, restricțiile pentru montarea captatorilor, tipul, performanța și suprafața captatorilor, rata de acoperire solară anuală și lunară, amplasamentul disponibil pentru rezervorul de depozitare, impactul asupra mediului;

► amplasarea captatorilor solari: pe acoperiș terasă aceștia vor fi așezați pe suporți înclinați, la distanță suficientă să nu se umbrească reciproc, pe acoperiș înclinat captatorii pot fi încorporați în învelitoare sau asezați deasupra, iar dacă aceste soluții nu sunt posibile, captatorii solari se pot dispune pe sol. Se realizează orientarea spre sud, sud – est sau sud – vest. Trebuie să se încerce să se limiteze distanța dintre rezervor și captatori;

► dimensionarea conductelor și a rezervorului de stocare;

► evaluarea tehnico – economică ( investiția, costuri cu întreținerea, mentenanța și monitorizarea, bilanțul energetic, timpul de recuperare a investiției, costul global pentru toată durata de viață a instalației ). Este interesant să se compare costul global cu alte soluții alternative;

► limitarea consumului de apă: folosirea bateriei termostatate cu două comenzi ( una reglează debitul, iar cealaltă temperatura ), distanța dintre locul de producere a apei calde menajere și locul de folosire să fie cât mai scurtă, reducerea temperaturii apei calde menajere atât cât este posibil, utilizarea economizoarelor ( perlator, pară de duș ecologică, reductoare de presiune, robineți cu închidere automată ).

6.7.2. Încălzirea cu energie solară termică

Sistemul solar combinat asigură în acelasi timp apă caldă menajeră și încălzirea locuințelor. Potențialul solar nu este folosit pe deplin pe timpul verii, iar iarna se impune necesitatea unui sistem auxiliar.

Sistemul termic pasiv ( sau bioclimatic ) este o clădire a cărei încălzire și climatizare

sunt realizate atrăgând cea mai mare parte din radiația solară și din circulația naturală a aerului

ținând cont de momentele din zi și de anotimp. În țara noastră, pentru a reduce la maxim necesarul de energie, iarna trebuie limitate pierderile termice și favorizat aportul de căldură gratuit, iar vara, este nevoie de protejare împotriva aportului de căldură intern și extern. Astfel, suprafețele vitrate se vor dispune spre sud, se montează dispozitive care să limiteze pierderile și aporturile termice ( copertine, jaluzele, obloane, plantații vegetale ), veranda favorizează captarea energiei solare, se construiesc pereți cu inerție mare, anvelopa clădirii se termoizolează. Peretele Trombe ( Anexa 19. ) este format dintr – un strat de sticlă în spatele căruia se află un zid clasic. Între cele două straturi aerul circulă pe verticală și se încălzește. Acest tip de perete se orientează spre sud și are scopul de a acumula căldura pe timpul zilei și de a o elibera noaptea.

În ( Anexa 20. ) se prezintă principiul de funcționare a unei instalații pentru prepararea apei calde menajere și încălzire cu ajutorul energiei solare, dotată și cu sistem auxiliar.

6.8. Acumularea energiei solare

Luând în calcul mișcarea Pământului și factorii meteorologici, energia solară la nivelul scoarței terestre este o sursă de energie dependentă de timp. Dacă energia solară se consumă în altă perioadă față de perioada în care se produce, este necesară stocarea ( adică, acumularea ) ei. Orice sistem de stocare trebuie să aibă o anumită capacitate de stocare a energiei, care depinde de: disponibilitatea în timp a energiei solare în locul respectiv, natura sarcinii energetice a instalației, modul în care este furnizată eventuala energie auxiliară, criterii economice care determină ponderea din sarcina totală care trebuie acoperită cu energie solară și ponderea de energie auxiliară. Formele de stocare a energiei solare [ 7 ] sunt:

căldura sensibilă a unui mediu solid sau lichid ( un strat de pietre printre care circulă apă sau aer poate să acumuleze cantități mari de energie termică );

căldura latentă la schimbarea de fază a unor sisteme chimice ( unele materiale chimice reacționează între ele consumând o anumită cantitate de energie. La revenirea în starea inițială, energia consumată se recuperează );

energia chimică a produselor rezultate în urma unei reacții chimice ireversibile ( într – un reactor chimic se introduce gaz, de exemplu trioxid de sulf, care se descompune cu absorbție de căldură. La recompunere, se degajă căldură care topește anumite săruri. Apa solidifică aceste săruri, iar vaporii de apă astfel obtinuți cedează căldura acumulată ).

Dacă energia electrică se produce din energie solară prin ciclu clasic termodinamic cu turbină și generator electric, faptul că energia termică se poate stoca și livra atunci când este necesară, rezolvă în mare parte nivelarea sarcinii electrice.

Energia solară se mai poate stoca și sub formă de energie potențială hidraulică. Apa este trimisă într – un punct mai înalt atunci când se dispune de un surplus de energie. Revenirea apei la nivelul inițial se face cu degajarea energiei potențiale acumulate.

În concluzie, orice unitate de stocare trebuie să îndeplinească niște caracteristici:

● să fie capabilă să primească și să livreze energia cu maxim de viteză;

● pierderile de orice fel să fie cât mai mici;

● să suporte un număr cât mai mare de cicluri încărcare – descărcare fără diminuarea substanțială a capacității sale;

● prețul de cost să fie accesibil.

Problema stocării energiei solare nu poate fi separată complet de utilizarea unei surse de energie auxiliară.

6.9. Aspecte economice și ecologice

Folosirea instalațiilor solare depinde în principal de competitivitatea acestora ( din punct de vedere al costurilor ) cu instalațiile similare care utilizează surse convenționale de energie, sau alte surse neconvenționale de energie în afară de energia solară. Se consideră că energia solară este gratuită, însă, orice fel de energie este gratuită. În toate cazurile costă extragerea, transportul și convertirea energiei într – o formă utilă de energie.

Instalațiile solare sunt foarte scumpe comparativ cu instalațiile convenționale similare, dar, întreținerea primelor tipuri de instalații este mult mai convenabilă decât în cazul celei de a doua categorii de instalații ( intervine costul substanțial al combustibilului și exploatarea instalației ). Întreținerea instalațiilor solare este mai scazută, deoarece acestea funcționează un timp mai scurt ( noaptea sau iarna nu se justifică funcționarea multor dintre aceste instalații, mai mult, anumite instalații au caracter sezonier: instalațiile de irigare, de deshidratare, etc. ).

Randamentul instalațiilor convenționale este foarte mare comparativ cu randamentul

instalațiilor solare, dacă se ține seama de parametrii tehnici impuși ( în mare parte și din cauza duratei de funcționare ).

Instalațiile solare se pot amplasa foarte aproape de locul unde există cerere de energie, deoarece energia solară este practic disponibilă oriunde, astfel încât, cheltuielile cu transportul și distribuția energiei sunt foarte mici, comparativ cu transportul și distribuția energiei obținute în instalațiile convenționale.

Eficiența instalațiilor solare se poate exprima doar pentru o anumita zonă geografică. La instalațiile convenționale această problemă nu se pune.

Multe dintre instalațiile solare sunt în fază de cercetare, astfel încât, este dificilă estimarea corectă a costurilor și a economicității acestor instalații.

Pentru a se stabili preferința între o instalație solară și una convențională, se face compararea cheltuielilor totale ale celor două tipuri de instalații ( costul energiei convenționale, costul proiectării, realizării și întreținerii instalației convenționale, față de costul proiectării, realizării și întreținerii instalației solare, costul energiei auxiliare în perioada când energia solară nu este disponibilă ).

Introducerea instalațiilor solare necesită suprafețe mari de teren pentru amplasarea captatoarelor solare. În plus, acestea pot modifica semnificativ unele caracteristici ale solului ( reflectivitatea și higroscopicitatea ), urmând dezechilibrul termic și hidrologic, care ar conduce la schimbări ale microclimatului, florei și faunei din zona de amplasare a captatoarelor solare. În plus, păsările, insectele și chiar obiectele care plutesc și zboară, dacă intră în zona de acțiune a focarului unui câmp de heliostate, pot să fie distruse.

Instalațiile solare pun probleme deosebite în arhitectura și urbanistica zonală. Integrarea elementelor instalațiilor solare în zonele urbane trebuie să satisfacă anumite norme de estetică, să nu pună probleme psihologice și fiziologice asupra oamenilor.

7. SISTEME FOTOVOLTAICE

Motto: „ Unele corpuri absorb lumina. Setea de lumină le face puțin vizibile ”. ( Valeriu Butulescu).

7.1. Generalități

Criza petrolieră a condus la dezvoltarea programelor de cercetare în scopul descoperirii de moduri de producere de energii alternative produselor petroliere. Astfel, energia fotovoltaică a început să – și găsească locul între energiile regenerabile.

În paralel cu exploatarea energiei solare ca sursă de caldură, se caută în mod susținut tehnologii eficiente pentru conversia directă a energiei solare în energie electrică cu ajutorul celulelor solare fotovoltaice.

Efectul fotovoltaic ( foto, feos înseamnă lumină în limba greacă, volta provine de la fizicianul italian Alessandro Volta, care a inventat pila electrică ) a fost descoperit de fizicianul francez Alexandre – Edmond Becquerel în 1839, care a sesizat că prin iluminarea unei soluții chimice se poate produce curent electric. Mai târziu, Einstein ( în 1905 ) și Schottky ( în 1930 ) au formulat principiul conversiei fotovoltaice, însă celulele solare funcționale au apărut de abia în 1950 ( când tehnologia a permis acest lucru ).

Deși principiul efectului fotovoltaic în materialele solide a fost descoperit cu foarte mult timp în urmă ( o joncțiune între un solid și un electrolit care în afară de electricitate producea și hidrogen ), prima celulă solară comercială cu randament de 6% a fost realizată în 1954 cu homojoncțiune p – n în siliciu monocristalin. Primele utilizări terestre ale efectului fotovoltaic au deservit locuri izolate: balize marine, stații meteo, stații de telecomunicații și radiodifuziune.

Celulele fotovoltaice convertesc direct razele solare în electricitate. Fotonii care compun lumina penetrează celula fotovoltaică și extrag electronii din atomii de siliciu. Odată eliberați, electronii sunt orientați de un câmp electric intern, astfel încât mișcarea lor generează curent electric. Cu cât mai mulți fotoni trec prin celulă, cu atât cantitatea de electroni este mai mare, deci, curentul electric este mai intens.

Calea fotovoltaică de utilizare a energiei solare este folosită cu succes în industria spațială. Pentru a fi aplicată pe scară largă și în economia terestră de energie, se impune reducerea substanțială a investiției, care se exprimă în costul de obținere a unui watt de electricitate din energie solară. În spațiul extraterestru cantitatea de energie solară este mult mai mare decât la nivelul solului globului pământesc, calitatea este mult mai bună deoarece este mai aproape de Soare și în calea razelor solare nu se interpune nici un obstacol, iar acestea nu sunt afectate de anotimp și lună. Ciclul zi – noapte influențează prea puțin prezența și calitatea razelor solare.

Progresele remarcabile în domeniul celulelor solare în ceea ce privește costurile și performanțele, au făcut posibilă și oportună trecerea pe scară largă la utilizarea sistemelor fotovoltaice în diverse domenii de activitate. Panourile fotovoltaice cuprind un anumit număr de celule fotovoltaice de diferite tipuri și dimensiuni. Aceste panouri se pot interconecta electric în serie și / sau paralel, funcție de necesitățile tensiuni sau de curenți, formând un sistem fotovoltaic. După modul de captare a radiației solare se disting mai multe configurații geometrice de captare: captator plan fix, captator plan mobil după o axă sau după două axe, toate tipurile putând fi cu sau fără concentrarea radiației solare.

După conductivitatea electrică materialele se împart în conductoare, semiconductoare și izolatoare. În materialele semiconductoare electronii pot fi deplasați sub acțiunea fotonilor din lumină, dacă fotonii au suficientă energie. Acest fenomen care se manifestă pronunțat la semiconductoare se numește efect fotoelectric intern și constă în variația rezistenței electrice a unor substanțe sub acțiunea luminii. După întreruperea fasciculului luminos, această rezistență electrică revine după un anumit timp la valoarea inițială.

Siliciul este cel mai folosit semiconductor, deoarece este ușor de procurat din natură în cantități suficiente și a faptului că are parametri mai stabili în timp. Pentru a permite obținerea energiei electrice prin deplasarea electronilor, siliciul care are patru electroni de valență, se impurifică cu fosfor ( are cinci electroni de valență ) și cu bor ( are trei electroni de valență ). Astfel, electronul în plus se va deplasa pentru a umple golul.

Fig. 7.1. Conducția defectelor în siliciul dopat n, respectiv p. [ 3 ]

Impurificarea cu fosfor, sau stibiu dă o dopare de tip n ( negativ ), iar cea cu bor, sau aluminiu, dopare de tip p ( pozitiv ). O cantitate mică de energie poate deplasa electronii donorilor în golurile acceptorilor. Prin alăturarea unui semiconductor de tip p cu unul de tip n se obține o joncțiune p – n, iar prin deplasarea electronilor în goluri se obțin regiuni de potențial diferit, adică energie electrică.

Fig. 7.2. Prin difuzia electronilor și golurilor se formează o regiune de sarcină spațială la nivelul joncțiunii

p – n. [ 3 ]

Totuși, nu toți purtătorii de sarcini generați prin acest proces vor contribui la formarea curentului. O parte semnificativă a electronilor și golurilor se vor împerechea din nou, generând căldură. Acest fapt reduce eficiența conversiei de enegie a materialului fotovoltaic ( adică procentajul de energie solară receptată care este convertită în energie electrică ). Acesta este unul dintre cei mai importanți parametrii referitori la calitatea celulelor solare. Astăzi, celulele solare cu siliciu disponibile comercial au o eficiență de aproximativ 20 %, dar se fac eforturi susținute pentru a îmbunătăți această valoare.

7.2. Celula fotovoltaică

Straturile monocristaline sunt foarte subțiri și se obțin din siliciu de înaltă puritate.

Straturile policristaline sunt tăiate din siliciu care topit și recristalizat.

Straturile amorfe sunt obținute din siliciu fără cristalizare.

Celulele fotovoltaice pot fi pătrate, circulare sau semicirculare, geometria ținând de producător. Mai multe celule fotovoltaice legate în serie, paralel sau mixt, formează un modul.

Un panou fotovoltaic este compus din mai multe module. Pentru a scădea prețul pe watt a energiei electrice obținute prin conversia energiei solare se poate folosi concentrarea luminii solare pe suprafața activă. Se obțin astfel costuri mai mici ale celulelor solare, datorită faptului că suprafețele panourilor se micșorează și se realizează economie de material activ. În plus, se reduce aria ocupată de panourile fotovoltaice. Chiar dacă se obțin puteri mai mari apar însă probleme cu faptul că celula se supraîncălzește de la curentul care o străbate, performanțele celulei se reduc, putând chiar să se distrugă. Răcirea celulelor cu concentrare se poate face pasiv ( prin circulația liberă a aerului atmosferic ), sau activ ( printr – un circuit închis prin care circulă un lichid răcitor ). Mărirea eficienței sistemelor cu concentrare necesită orientarea permanentă a panourilor, astfel încât panoul să fie în permanență perpendicular pe raza incidentă. Orientarea se face cu ajutorul mecanismelor manuale, sau automate de urmărire a Soarelui pe tot parcursul zilei, ultimele fiind cele mai recomandate, deoarece nu necesită personal de manevră. Reducerea prețului pe watt a energiei electrice obținute prin conversia energiei solare se mai poate realiza prin utilizarea unui semiconductor mai ieftin, cu condiția ca randamentul de conversie a celulelor să fie acceptabil. Un astfel de material este siliciul policristalin.

Eficiența globală a conversiei fotovoltaice este redusă deoarece celula solară poate converti doar o parte din energia fotonilor în curent electric, celula reflectă o parte din lumina solară incidentă, iar electronii se pot recombina cu golurile. Energia fotonilor care nu este utilizată în conversia fotovoltaică este transferată cristalului sub formă de caldură.

Pentru a concura cu alte surse de energie, celulele solare terestre trebuie să satisfacă anumite cerințe: preț de cost redus, coeficient de conversie a energiei solare cât mai ridicat, durată cât mai lungă de funcționare, materialele de fabricație să nu fie deficitare.

S – au făcut studii și s – au propus pentru viitor centrale cosmice mari cu panouri fotovoltaice, energia electrică obținută astfel urmând a fi transmisă și recepționată pe Pământ prin microunde.

7.3. Fabricarea celulelor fotovoltaice

Placheta de siliciu ( felia de siliciu ) numită wafer, este curățată, impurificată și șlefuită. Impurificarea, sau doparea se realizează prin difuzie termică într – un cuptor unde materialul dopant este introdus sub formă de vapori. Defectele produse în urma operațiilor de prelucrare se îndepărtează prin spălare cu acid hidrofluoric. Urmează să se genereze joncțiunea p – n și se aplică contactele electrice prin litografiere. Pentru contacte se folosesc metale, aliaje de aluminiu și aliaje de argint. Contactul din spate, care este umbrit acoperă întreaga suprafață a plachetei, iar contactul frontal care este iluminat acoperă parțial suprafața plachetei.

Fig. 7.3. Celula fotovoltaică plană. Interacțiunea lumină – celulă. [ 3 ]

Pe fața plachetei se depune un strat antireflectant sau antireflex care reduce radiația solară reflectată. Este utilizat dioxidul de titan, care dă o culoare albastră celulelor fotovoltaice. Pentru reducerea reflexiei se pot folosi și suprafețele piramidale.

Celulele izolate și neprotejate se pot deteriora rapid din cauza variațiilor climaterice. De aceea, mai multe celule ( de regulă pătrate cu latura de la 10 până la 21 cm ) sunt asamblate într – un modul fotovoltaic. Uzual, modulele cuprind de la 32 până la 40 de celule legate în serie. Stratul protector frontal este fabricat din sticlă metalizată. Stratul protector de bază ( din spate ) este construit din sticlă sau material plastic. Între straturile frontal și cel din spate, modulul este înglobat în plastic fixat prin laminare. În final se adaugă o ramă – cadru pentru protecție. O cutie de borne protejează contactele electrice ale modulului.

Siliciul amorf este o tehnologie promițătoare, de generație mai nouă și mai puțin răspândit decât siliciul cristalin. Procesul de producție al celulelor din siliciu amorf presupune depunerea unor straturi succesive de material semiconductor având grosimea de ordinul nanomicronilor ce reduce astfel cantitatea de material necesar la fabricare și implicit costul celulelor cu aproximativ 30%. Panourile fotovoltaice amorfe au un răspuns mai bun la spectrul luminii acoperind o banda de lungimii de unda de 2 până la 5 ori mai mare decât spectrul acoperit de celulele cu siliciu cristalin și se comportă mai bine decât panourile cu siliciu cristalin în condiții de cer înnorat sau iluminare indirectă. Ca urmare a prețului scăzut și a unui randament bun în condiții de iluminare slabă sunt recomandate în construcția acoperișului și a fațadelor de sticlă ale clădirilor, putând fi opace sau semitransparente ( translucide ). Fațadele de sticlă realizate din panouri fotovoltaice capătă pe lângă rolul principal decorativ și rolul de a asigura o parte din energia electrica necesară consumului, contribuind la reducerea timpului de amortizare al investiției inițiale.

Celulele din siliciu monocristalin convertesc mai puțin de 25 % din energia solară, deoarece radiația în zona infraroșu a spectrului electromagnetic nu are destulă energie pentru a separa sarcinile pozitive de cele negative din material. Celulele din siliciu policristalin au eficiență mai mică de 20 %, iar cele din siliciu amorf de circa 10 %. Cercetările și experimentele actuale urmăresc creșterea eficienței în raport cu costul puterii generate și scăderea costurile pe unitatea de suprafață. În final trebuie să se ajungă la scăderea costului total pe kWh, deoarece lumina solară este gratuită.

La fabricarea celulelor fotovoltaice contează energia consumată pentru fabricarea acestora. Timpul de retur energetic ( sau timpul de amortizare ) este timpul necesar pentru o celulă fotovoltaică de a produce aceeași cantitate de energie necesară pentru a o fabrica. Acest timp este de 1 – 3 ani, comparativ cu durata de viață care este de 20 ani. Se mai poate lua în calcul și energia necesară pentru construcția și mentenanța întregului echipament ( în acest caz energia obținută trebuie să fie mult mai mare, adică să fie în raport cu energia totală investită ).

7.4. Instalații fotovoltaice

Panourile fotovoltaice produc energie ziua.

Bateriile acumulează excedentul de energie produsă ziua pentru a satisface necesarul pe timp de noapte, sau în zilele mai puțin însorite.

Invertoarele transformă curentul continuu produs de panourile fotovoltaice în curent alternativ care se utilizează în mod uzual. Acest lucru este necesar pentru a putea livra surplusul de energie electrică produsă în Sistemul Energetic Național, dar și pentru a alimenta consumatorii casnici care consumă curent alternative.

Regulatoare de încărcare și descărcare gestionează fluxul de electricitate pentru a evita supraîncărcarea, sau descărcarea masivă a bateriilor.

Ca sursă auxiliară pentru zonele izolate se poate utiliza un grup electrogen. Folosirea ca soluție singulară a grupului electrogen înseamnă aprovizionare regulată cu combustibil și întreținere periodică.

Panourile fotovoltaice se pot monta:

pe clădire, unde pot fi integrate ( înlocuiesc elementele de construcții ) sau neintegrate ( se suprapun peste acoperiș sau fațadă ). Integrarea în construcție se aplică la clădirile noi sau la cele reabilitate masiv;

pe sol sub formă de centrale.

Panourile fotovoltaice neintegrate prezintă următoarele avantaje: valorificarea spațiului neutilizat, aspect arhitectural interesant, fără impact asupra spațiului vital, securitatea persoanelor, instalare în siguranță. Pe lângă acestea, panourile fotovoltaice integrate înlocuiesc anumite elemente de construcție, rezultând economie de investiție. Panourile fotovoltaice neintegrate nu modifică structura de rezistență a clădirii, comparativ cu panourile fotovoltaice integrate care trebuie să preia o parte din solicitările clădirii.

Dezavantajele panourilor fotovoltaice neintegrate sunt: risc de distrugere a elementelor de construcție, aspect arhitectural modificat, posibil aspect mai puțin estetic, accesibilitate redusă pentru întreținere, productivitate condiționată de orientarea elementelor de construcție. Amplasarea pe sol a panourilor fotovoltaice are următoarele avantaje: montare ușoară, acces ușor pentru întreținere și mentenanță, orientare și înclinare optime, ceea ce duce la productivitate bună.

Pe lângă aceste avantaje, există și dezavantaje: suprafețe mari de montare cu posibil impact asupra spațiului vital, riscuri de spargere, furt, electrocutare, umbrire, aspect mai puțin estetic.

Avantajele sistemelor fotovoltaice sunt: pot funcționa mulți ani după instalarea inițială, cu mentenanță și intervenții reduse și se pot conecta la rețelele de distribuție a energiei electrice ( soluția reduce încărcarea rețelei în timpul zilei, iar noaptea se pot elimina bateriile de acumulare ). Totuși, sistemele fotovoltaice au și dezavantaje: investiția inițială este costisitoare, se recuperează într – un timp relativ lung, ceea ce duce la o electricitate fotovoltaică scumpă. Pentru stocarea energiei electrice sunt necesare bateriile de acumulare, sau, oricum conectarea la rețeaua de distribuție a energiei electrice ( rețeaua absoarbe excesul de putere produs diurn și furnizează putere noaptea ). Celulele fotovoltaice produc putere electrică de curent continuu. Convertirea în curent alternativ cu care funcționează rețelele existente implică pierderi de până la 12 %. Creșterea temperaturii celulei fotovoltaice determină scăderea curentului fotovoltaic, astfel încât sunt necesare măsuri de limitare a temperaturii ( ventilatoare sau schimbătoare de căldură ). Din această cauză, nu se recomandă montarea panourilor fotovoltaice în deșerturi ( care ar oferi loc suficient de amplasare ). Pentru a crește eficiența panourilor fotovoltaice este necesar un sistem de urmărire a Soarelui. Cu cât sistemul de urmărire este mai performant ( mai multe grade de mobilitate, automatizare, comandă computerizată ), cu atât acesta este mai scump. Fiabilitatea sistemului de urmărire nu este destul de fiabil ( în general datorită factorilor climaterici ). Sistemul de supraveghere pentru încărcarea acumulatorilor este necesar pentru urmărirea tensiunii de încărcare ( dacă nu se atinge aceasta tensiune acumulatorii nu se încarcă suficient, iar dacă tensiunea este prea mare apare riscul distrugerii acumulatorilor ), dar de asemenea este destul de costisitor.

Elementele componente ale instalației fotovoltaice se dimensionează și se aleg în funcție de puterea la vârf, care se exprimă în watt crête – Wc, sau watt Peak – Wp.

O instalație bine dimensionată duce la costuri de investiție optime, având în vedere că principalele elemente componente au un cost destul de ridicat. Aceste elemente componente trebuie să respecte parametrii determinați în urma calculelor ( tensiuni, puteri maxime, temperaturi de funcționare, performanță de conversie, protecție împotriva șocurilor și a suprasarcinii, autonomie energetică, numărul de cicluri de încărcare – descărcare, durată de viață, rezistență la elementele climatice, etc. ).

Optimizarea necesarului de energie urmărește alegerea de echipamente consumatoare de mică putere, chiar dacă sunt mai scumpe la achiziționare.

8. VALORIFICAREA ENERGETICĂ A BIOMASEI

Motto: „ Lemn bun, lemn rău – aceeași cenușă, dar nu aceeași flacără ”. ( Nicolae Iorga ).

8.1. Definiția și importanța biomasei

Dacă inițial în această categorie intrau doar produsele vegetale și deșeurile celulozice, în prezent au fost introduse și reziduurile animale, deșeurile industriale, partea biodegradabilă din deșeurile municipale, etc. Ca rezultat al proceselor de bioconversie a energiei solare și a carbonului la nivel molecular, biomasa reprezintă o sursă regenerabilă. Utilizată încă de la începutul existenței umane ca sursă de căldură, biomasa și – a găsit aplicabilitatea energetică odată cu industrializarea, dar costurile ridicate, apariția produselor petroliere, introducerea taxelor de poluare și a normativelor pentru energia verde, au limitat folosirea acestei categorii de sursă de energie. Dacă până la criza petrolului biomasa era pe locul doi, în prezent se situează printre principalele surse de energie regenerabilă ale viitorului, datorită avantajelor pe care le are ( la nivel mondial biomasa deține o pondere de 80 % din sursele regenerabile de energie utilizate, iar la nivel european de 66 % ). Biomasa prin ardere produce dioxid de carbon, care este absorbit în mare parte pe durata de creștere a masei lemnoase. Prezența sulfului în biomasă este extrem de redusă comparativ cu combustibilii fosili, astfel încât, în ceea ce privește fenomenul de încălzire globală datorită gazelor de seră, contribuția biomasei tinde către zero. În urma arderii biomasei nu se produc deșeuri periculoase, iar dezafectarea la sfârșitul duratei de utilizare a tehnologiilor este relativ simplă. Biomasa acumulează o cantitate de energie solară foarte mică dacă raportăm această cantitate la cantitatea de energie solară care ajunge pe Pământ, dar este o cantitate foarte mare dacă o raportăm la energia acumulată de combustibilii fosili.

Biomasa se clasifică în patru mari categorii [ 3 ]:

● biomasa lemnoasă ( sub formă de reziduuri și deșeuri lemnoase, resturi din curățarea copacilor, parcurilor și grădinilor, deșeuri forestiere );

● biomasa agricolă ( paie, tulpini și știuleți de porumb, corzi de viță de vie, puzderii de in și cânepă, coji și resturi de fructe, sâmburi, etc. );

● biomasa special cultivată pentru scopuri energetice ( sub formă de plante

energetice care necesită puțină îngrijire, puține îngrășăminte minerale și puține pesticide. Se poate aminti salcia energetică, plopul, eucaliptul, etc. );

● alte tipuri de biomasă ( deșeuri din industria zootehnică sub formă de dejecții, deșeuri din industria alimentară, nămolurile rezultate din epurarea apelor uzate, deșeuri menajere, deșeuri industriale, deșeuri din agricultură, etc. ).

Biomasa este constituită în proporție de 88 – 99,9 % din compuși organici ( dintre care principalul este celuloza ), compuși anorganici și impurități.

Principalele proprietăți care se iau în considerare atunci când se analizează cel mai potrivit tip de conversie pentru o anumită biomasă sunt [ 3 ]:

masa specifică, sau densitatea biomasei, foarte importantă pentru transportul, depozitarea, introducerea în camera de combustie și nu în ultimul rând în calculul necesarului de biomasă pentru obținerea unei anumite cantități de energie;

conținutul de umiditate, sau cantitatea de apă din produs ( influențată de clima regiunii și de anotimp ), este relevantă nu numai pentru puterea calorifică, ci și pentru condițiile de stocare, temperatura de combustie și pentru cantitatea de gaze de ardere;

puterea calorifică ( inferioară și superioară ), sau căldura de ardere, reprezintă cantitatea de căldură degajată prin arderea completă a unei unități de masă de combustibil;

conținutul de substanțe volatile;

conținutul de cenușă care rezultă din compușii anorganici și impurități. Temperatura mare de combustie poate duce la topire cenușii și formarea zgurii, care are repercursiuni negative asupra instalației de ardere.

8.2. Procedee de conversie a biomasei

Prin fermentarea cerealelor, sau a produselor care conțin zahăr se obține bioetanol. Produsele primare folosite sunt importante și pentru industria alimentară, iar producerea bioetanolului necesită prelucrarea acestor produse ( măcinarea, fermentarea, distilarea, concentrarea și colectarea alcoolului ). Bioetanolul se folosește ca materie primă în industria chimică și petrochimică, sau pe post de carburant. Cantitatea de oxigen conținută în acest tip de combustibil face ca emisiile poluante să scadă. Mai mult, în amestec cu carburanții clasici, reduce substanțial emisiile acestora.

Prin metanizarea deșeurilor biodegradabile se obține biogaz. Procesul de fermentare anaerobic se face cu ajutorul bacteriilor la o temperatură minimă de 15° C. Biogazul are capacități reduse de autoaprindere și se poate folosi pe post de carburant sau gaz combustibil, având emisii poluante foarte reduse ( este considerat un biocombustibil curat ).

În urma extracției din uleiuri vegetale și grăsimi animale se obține biodiesel ( înlocuitor al motorinei ). Acest carburant conține 11 % oxigen, ceea ce ameliorează fenomenul de ardere și automat scad emisiile poluante ( lipsesc compușii aromatici și sulful, care sunt prezenți în motorină ).

Pretratarea biomasei îmbunătățește caracteristicile combustibile și constă în operații de prelucrări suplimentare pentru creșterea puterii calorifice, creșterea masei specifice, realizarea de dimensiuni optime pentru transport și alimentare cum sunt: mărunțirea, reducerea umidității, compactarea și aglomerarea prin presare.

Combustia, sau arderea biomasei necesită instalații specifice de ardere.

Piroliza reprezintă descompunerea termică a materiei organice în absența, sau prezența oxigenului. Se obțin gaze de piroliză, uleiuri și materii solide sub formă de cocs.

Gazeificarea transformă combustibilul solid, sau lichid în gaz de sinteză combustibil, care pe lângă ardere se poate folosi și la fabricarea de produși chimici sau de hidrogen.

9. VALORIFICAREA ENERGIEI GEOTERMALE

Motto: „ Energia geotermală înseamnă energia stocată sub formă de căldură sub suprafața solidă a pământului ”.

( Articolul 2, litera c, din Directiva 2009 / 28 / CE ).

9.1. Generalități

Cuvântul geotermal provine din combinarea cuvintelor grecești geo ( pământ ) și therme ( căldură ). Energia geotermală provine din: căldura generată de descompunerea lentă a substanțelor radioactive naturale existente în roci, din căldura provenită de la formarea Pământului, din reacții chimice exoterme, din frecări ( glisarea plăcilor tectonice unele peste altele generează forțe de frecare ), din energia solară, etc. În urma mișcării relative a plăcilor tectonice una față de cealaltă, acestea intră în interacțiune unele cu altele, generând forțe de compresie sau de întindere. Prin fisurile apărute, magma pătrunde în zonele superioare ale scoarței terestre, putând să apară erupții vulcanice, fapt care duce la apariția resurselor geotermale. Căldura ajunge la suprafața Pământului și generează mișcarea plăcilor tectonice. Conductivitatea termică a straturilor geologice variază mult în funcție de structura geologică locală. Zonele interesante pentru valorificarea potențialului geotermal sunt cele cu conductivitatea termică redusă ( unde diferența medie de temperatură depășește 70° C / km ). Când se crează o legătură între rezervorul cu apă fierbinte și mediul ambiant prin săparea unui puț sau prin fisuri, prin intermediul izvoarelor de apă fierbinte apa geotermală poate ajunge la suprafața scoarței terestre. În mod normal, pe traseu, apa fierbinte își pierde din presiune și din temperatură. Pot să apară și anomalii sub forma creșterii temperaturii și presiunii, dacă în zona de exploatare există minereuri cu coeficient de conducție foarte mare care se oxidează exoterm, plăcile tectonice se freacă una de cealaltă, sau rocile au radioactivitate mare.

Utilizarea eficientă a energiei geotermale este impusă de următorii factori [ 15 ]:

■ cunoașterea parametrilor sursei și garantarea acestor parametri;

■ corelarea optimă a distanței dintre sursă și consumatori;

■ utilizarea eficientă și la maxim a energiei termice disponibile a sursei ( răcirea cât mai accentuată a apei, utilizarea apei în scopuri multiple, asigurarea unei durate anuale de funcționare cât mai lungi );

■ asigurarea compatibilității instalațiilor cu apa geotermală ( tratarea apei geotermale, utilizarea de materiale adecvate, ușurință la monitorizarea, exploatarea și mentenanța instalațiilor ).

În România, primul puț forat aflat încă în funcțiune, se află în Băile Felix ( a fost forat în 1885 la adâncimea de 51 m, cu debitul de 195 l / s și temperatura de 49° C ). În prezent, gradul de valorificare a energiei geotermale este redus, motivul fiind finanțarea necorespunzătoare, chiar dacă sunt multe zone în care apa geotermală are temperaturi cuprinse între 60° C și 85° C ( la temperaturi de peste 60° C, apa geotermală este potrivită pentru prepararea apei calde de consum. ).

Apa geotermală cu conținut redus de gaze și săruri minerale se poate folosi direct la consumatori. Conținutul ridicat de substanțe minerale ( uneori agresive ) și temperatura de evacuare, pun probleme la evacuarea directă în emisar. Aceste probleme se pot rezolva prin epurarea și răcirea apei geotermale înainte de evacuarea în emisar, sau prin reinjectarea în sol ( această soluție este benefică pentru conservarea zăcământului ). Împotriva colmatărilor cu săruri a conductelor și echipamentelor se prevede un rezervor cu soluție de spălare, iar în cazul presiunilor ridicate datorate prezenței gazelor naturale, a hidrogenului sulfurat, sau a dioxidului de carbon, se montează dispozitive de captare și evacuare a acestor gaze. Dispozitivele de degazare asigură separarea, captarea și valorificarea energetică a gazelor prezente în apa geotermală ( unele sonde produc cantități importante de gaze naturale, în special metan ).

Când debitul sau temperatura apei geotermale nu sunt suficiente, se poate folosi o sursă auxiliară de energie termică, care încălzește apa caldă de consum după ce a fost preîncălzită cu ajutorul apei geotermale. Dacă energia termică a sursei geotermale ( sursa geotermală poate fi constituită din una sau mai multe sonde de producție ) este mai mare decât necesarul pentru producerea apei calde de consum, surplusul se poate utiliza pentru încălzirea clădirilor.

Corectarea compoziției chimice a apei geotermale se face în stații de tratare chimică

( în România apa geotermală este foarte mineralizată, putând depăși 10 g / l ). Această operație este necesară atât la introducerea apei geotermale în instalații, cât și în cazul evacuării în emisar.

Elementele care trebuie să existe pentru extragerea căldurii din scoarța terestră se pot vedea în figura următoare:

● rezervorul permeabil, sau rezervorul format din roci fracturate;

Fig. 9.1. Schema simplificată de extracție a căldurii dintr – un sistem geotermal hidrotermal. [ 3 ]

Potențialul termic al rezervorului trebuie să fie suficient de mare pentru a asigura viabilitatea comercială a exploatării geotermale, iar adâncimea la care este situat, trebuie să fie profitabil din punct de vedere economic. Permeabilitatea rezervorului este o condiție principală pentru circulația apei ( apa care intră în rezervor pe căi naturale, apa fierbinte care circulă spre puțul de extracție și apa care circulă între puțul de injecție și puțul de extracție ). Dacă rezervotul nu prezintă permeabilitate, aceasta se poate crea artificial prin fracturarea rocilor. Alimentarea rezervorului cu apă se poate face natural prin infiltrarea apei din lacuri, râuri, mări și oceane prin fisuri și straturi permeabile, sau artificial prin injecția de apă, care este necesară atunci când alimentarea cu apă pe cale naturală nu asigură funcționarea rezervorului pe o perioadă suficient de îndelungată. Apa de injecție provine uzual din apa extrasă, iar locul de injecție trebuie stabilit astfel încât, apa să aibă suficient timp să se încălzească;

● un fluid, în general apa, care înmagazinează căldura și ajută la transpotrul ei;

● canalul de extracție între suprafața solului și rezervor. Puțul de extracție transportă fluidul încălzit către suprafața Pământului pentru a se putea valorifica căldura geotermală;

● strate impermeabile deasupra și sub rezervor, care au rolul de a împiedica disiparea apei și căldurii.

Pentru ca injecția de apă să fie eficientă atât din punct de vedere tehnic cât și economic, se încearcă găsirea unor fracturi naturale în roci și mărirea acestora, pentru a se asigura circulația apei între locul de injecție și cel de extracție din rezervor.

9.2. Valorificarea energiei geotermale

Energiei geotermală se poate utiliza direct ( ca agent termic ), sau cu ajutorul pompelor de căldură ( pentru extragerea căldurii din apă sau sol ).

Din cele mai vechi timpuri oamenii au utilizat izvoarele termale pentru scăldat, tratament, relaxare și pentru prepararea alimentelor. În afară de aceste destinații, apa geotermală și – a găsit și alte întrebuințări: încălzirea directă a spațiilor, sau pentru prepararea apei calde menajere.

Utilizarea solului ca sursă caldă sau rece pentru pompele de căldura geotermale presupune cunoașterea profilului temperaturii acestuia atât în stratul de suprafață cât și la diverse adâncimi. Condițiile climatice ( temperatura aerului, viteza vântului, radiația solară, umiditatea aerului, precipitațiile ) afectează în mare măsura profilul de temperatură al solului. Temperatura solului se modifică odată cu modificarea parametrilor climatici, dar, pe măsură ce adâncimea crește, aceasta influență este din ce în ce mai neînsemnată. Comportamentul termic al pământului se poate vedea în figura următoare.

Fig. 9.2. Fluxurile de energie din sol. [ 3 ]

În adâncime, distribuția temperaturii rămâne practic neschimbată în decursul unui an, crescând însă odată cu adâncimea ( 30° C / km ). Configurația solului are o influență mare asupra conductivității termice pe orizontală și pe verticală. Rocile au conductivitate termică ridicată, comparativ cu argila, șisturile, cărbunii și materialele organice.

În ( Fig. 9.3. ) se prezintă sistemul deschis și închis de încălzire geotermală. După extragerea cu ajutorul pompelor de extracție PEx, apa trece printr – un separator de gaze SG care are și rol de stocare, iar pompa de circulație PC duce apa geotermală consumatori. Ca sursă auxiliară se poate folosi un boiler B. Sistemul deschis presupune evacuarea apei uzate. În Islanda această apă folosită este utilizată la topirea zăpezii, iar în Japonia la încălzirea șoselelor. Sistemul închis diferă față de sistemul deschis printr – un schimbător de căldură SC, care transferă căldura de la fluidul geotermal la apa care circulă prin circuitul închis de încălzire și prin circuitul de preparare a apei calde menajere.

a – sistem deschis b – sistem înschis

Fig. 9.3. Sisteme de încălzire geotermală.Schema simplificată de extracție. [ 3 ]

Existența apelor geotermale în regiunile reci poate crea un avantaj important prin folosirea lor la încălzirea serelor. Totodată, căldura geotermală se poate utiliza și la uscarea legumelor, fructelor și plantelor medicinale ( deshidratarea acestora se poate face folosind un schimbător de căldură apă / aer ), la balneoterapie ( pe lângă temperatură, apa geotermală conține și anumite minerale care o fac benefică pentru anumite afecțiuni. Având în vedere că apa folosită la piscine trebuie tratată cu clor și că de multe ori apa geotermală are temperatura prea mare pentru a fi folosită ca atare, se recomandă un circuit închis în care apa va fi încălzită de la apa geotermală extrasă printr – un schimbător de căldură ), la piscicultură ( unde dezvoltarea unor specii acvatice necesită o anumită temperatură ), la diverse procese industriale, etc. În sistemele moderne se forează un puț care va asigura un flux permanent de apă fierbinte sau abur către suprafață, unde un sistem mecanic ( conducte, schimbător de căldură, dispozitive de control ) livrează energie termică în mod direct consumatorilor. După extragerea căldurii, apa este fie reinjectată în sol, sau dispersată în natură ( obligatoriu se ține seama de reglementările ecologice în vigoare ).

Valorificarea energiei geotermale de potențial termic mediu – ridicat se face în centralele geotermale electrice, termice sau de cogenerare ( produc atât energie electrică, cât și apă caldă ). Centralele tri – generare produc simultan electricitate, căldură și frig.

Valorificarea energiei geotermale de potențial termic mediu – coborât se face cu ajutorul pompelor de căldură. Acestea reprezintă una dintre soluțiile cele mai eficiente din punct de vedere energetic pentru alimentarea consumatorilor cu energie termică ( căldură sau frig ), deoarece utilizează recuperarea căldurii surselor de potențial coborât reziduale sau regenerabile din împrejurimi. Chiar și la temperaturi joase, aerul, solul și apa ( care reprezintă izvoare de căldură sau surse reci ) conțin o cantitate suficient de mare de căldură, care este regenerată de Soare. Pompele de căldură pot forța fluxul termic astfel încât, căldura trece de la un mediu de temperatură mai joasă ( mai rece ) la altul de temperatură mai înaltă ( mai cald ), consumând o cantitate redusă de energie. Tehnologia a fost dezvoltată încă din 1852 de lordul

Kelvin.

Fig. 9.4. Schema de principiu a unei pompe de căldură cu compresie mecanică de vapori. [ 3 ]

Principiul de funcționare al unei pompe de căldura cu compresie mecanică de vapori în circuit închis este prezentat în ( Fig. 9.4. ). În vaporizatorul V temperatura fluidului de lucru este păstrată la o valoare mai mică decât temperatura sursei de căldură, determinând transferul de căldură de la sursă către lichidul care se evaporă. Vaporii sunt comprimați în compresorul K ( antrenat de motorul M ) la nivele de presiune și temperatură mai ridicate. Vaporii supraîncălziți intră în condensatorul C unde condensează și degajă căldură utilă. În final, fluidul de lucru de presiune înaltă se destinde în ventilul de laminare VL până la presiunea și temperatura vaporizatorului, astfel încât ajunge la stadiul initial, iar ciclul se reia. Ca fluid de lucru se folosesc freoni, sau fluide de lucru naturale ( amoniac, hidrocarburi de tipul propan și butan, dioxid de carbon, aer, apă. Unele dintre ele sunt inflamabile și toxice și la folosirea lor în siguranță se impun condiții specifice de proiectare și reguli corespunzătoare de exploatare ). Freonii trebuie să nu prezinte risc asupra mediului înconjurător, să asigure eficiență excelentă, să nu fie inflamabili sau toxici și să nu aibă potențial distructiv asupra stratului de ozon.

Pompele de căldură geotermale transferă căldura din pământ în imobile pentru încălzire și pentru preîncălzirea apei calde menajere. În cazul condiționării aerului, solul este folosit pentru disiparea căldurii extrase din spațiul supus climatizării. Elementele componente ale sistemelor de pompe de căldură geotermală sunt prezentate în figura următoare:

Fig. 9.6. Sistem de pompă de căldură geotermală. [ 3 ]

► colectorul geotermal format din conducte ( în general din polietilenă de înaltă densitate, care are durabilitate mare în timp și eficiență bună la transfer termic ), îngropate în pământ. Prin colector circulă apa care preia căldura stocată în sol, sau invers;

► pompa de căldură;

► sistemul de distribuție a căldurii, format din corpuri de încălzire și eventual echipamente pentru stocarea apei calde.

Prin colectorii geotermali montați în sol circulă un fluid colector care transportă căldura din sol către pompa de căldură, sau invers.

Sistemul închis în care poate funcționa o pompă de căldură se referă la faptul că fluidul de lucru este separat de sol, sau apa freatică, prin peretele colectorului. Sistemul deschis presupune extragerea apei freatice sau apei de suprafață ca mediu de transfer direct a căldurii.

Formele și tipurile de montare ale colectorilor geotermali ( multiple de altfel ), se pot vedea în Anexele 21., 22., 23., 24. și 25.

Pompele de căldură au aplicabilitate foarte mare ( surse de căldură reziduale, căldură din procesele industriale, din echipamentele de răcire, sau aerul de ventilare ), putând fi folosite la încălzirea / răcirea spațiilor, sau prepararea apei calde menajere.

9.3. Impactul tehnologiilor de utilizare a energiei geotermale asupra mediului

Impactul tehnologiilor de utilizare a energiei geotermale asupra mediului înconjurător este dat de emisiile de gaze nocive ( abur și gaze derivate din mineralele conținute de apele geotermale. În nici un caz nu se pune problema gazelor de ardere ), de poluarea fonică ( zgomotele apar datorită utilajelor de forare, ventilatoarelor pentru răcire, ejectoarelor de abur, turbinelor, circulației aburului prin conducte. Zgomotul unei centrale geotermale fiind scăzut, nu prezintă motiv de îngrijorare ), de influența calității apei și a solului ( prin poluare cu ape calde, sau cu conținut mare de minerale și prin deversarea deșeurilor solide ), de influența asupra fenomenelor naturale ( tasarea solului, conflicte arheologice ), de influența asupra faunei și vegetației ( în cazul creșterii temperaturii apelor, solului, sau a conținutului de minerale ). Orice acțiune efectuată asupra mediului înconjurător trebuie să fie evaluată pentru a se respecta legile și reglementările în vigoare. În cazul solului apar probleme încă de la explorare ( drumuri de acces, amplasarea platformei de foraj, foraje pentru studiu ) și au impact asupra plantelor și faunei locale. De asemenea, deversările pot polua apele de suprafață, subterane sau chiar solul. Problemele continuă și în faza de construcție, prin amplasarea conductelor și construcțiilor specifice. Extragerea unei cantități importante de fluid din rezervoarele geotermale poate duce la surparea terenului, sau chiar la inducerea seismicității ( problema se poate rezolva prin reintroducerea fluidului utilizat în același rezervor ).

10. VALORIFICAREA ENERGIEI HIDRAULICE

Motto: „ Apa care curge prin forme spiralate devine apă vie ”. ( Viktor Schauberger ).

10.1. Valorificarea energiei râurilor

10.1.1. Energia râurilor

Energia hidraulică reprezintă cantitatea de energie corespunzătoare unui volum de apă și se prezintă sub următoarele forme: mecanică, chimică, termică. Interesează energia mecanică a râurilor, care reprezintă energia corespunzătoare volumului de apă care se scurge într – o anumita perioadă ( de exemplu 1 an ) pe cursurile de apă. Energia hidraulică a fost și este în continuare o sursa importantă pentru producerea energiei electrice.

În România sursele de apă dulce se pot evalua astfel [ 3 ]:

râurile interioare au un debit de 40 mld.m3 / an, din care mai mult de jumătate este utilizabil;

Dunărea are mai mult de o treime din lungimea totală situată pe teritoriul țării noastre. O treime din debit este tehnic utilizabil;

apele subterane au un debit de 10,3 mld.m3 / an, din care mai mult de jumătate este utilizabil.

Prin tehnic utilizabil se înțelege acea parte a potențialului teoretic ( disponibilul energetic al cursului de apă ) care poate fi utilizată ținând cont de posibilitățile tehnice de amenajare la un moment dat. Potențialul tehnic utilizabil este în continuă creștere, ținând cont de gradul de dezvoltare al tehnicii.

Caracteristica de bază a râurilor interioare este variabilitatea în spațiu și timp. Repartiția de apă este inegală pe teritoriul României. Un volum foarte mare de apă se află la munte, care reprezintă o zona restrânsa din teritoriul României. În plus, sunt foarte multe zone sărace în apă, cum ar fi Dobrogea, Câmpia Româna, sudul Moldovei. Neuniformitatea în timp este accentuată atât de la un an la altul, cât și în interiorul unui an.

Microhidrocentralele amplasate pe firul apei produc energie electrică doar când apa este disponibilă și asigurată de râu ( sub un anumit debit de apă producerea de energie electrică încetează ). Microhidrocentralele pot fi de sine stătătoare ( atunci când sunt utilizate în amplasamente izolate ), sau pot să livreze energia electrică produsă în rețeaua națională.

Apele curgătoare provin din precipitații ( o parte din apa precipitațiilor se evaporă, altă parte se infiltrează în sol, iar restul se adună în părțile concave ale reliefului ) și se deplasează din regiunile mai înalte ale reliefului spre cele mai joase.

Panta unui râu reprezintă raportul dintre diferența altitudinilor izvorului și secțiunii de vărsare și se poate studia ca panta albiei, sau panta oglinzii apei. Cu cât diferența de nivel dintre cele două extreme ale râului este mai mare, cu atât panta este mai accentuată. Valoarea pantei se poate exprima în grade, metru pe suta de metri ( % ), sau metru pe kilometru ( ‰ ). La noi în țară râurile de munte au pante cuprinse între 20 și 300 m / km, iar cele de câmpie între 0,3 și 0,1 m / km. Altitudinile, sau cotele se citesc pe hărți, sau se obțin prin nivelment. În țara noastră, nivelul Mării Negre este considerat cota zero ( 0 ), iar cotele în metri față de acest nivel se numesc cote absolute. Se pot folosi și cote relative, stabilite față de alte repere, dar cunoscând cota acestor repere față de cota 0.

Microhidrocentralele necesită stocarea unor mari volume de apă ( lacuri naturale, baraje, stăvilare, supraînălțări ) și pot avea două tipuri de amenajări:

■ gravitaționale, care utilizează energia potențială a apei ( apa de la o cotă superioară, având o energie potențială mai mare, coboară la o cotă inferioară și pune în mișcare un generator sau turbină de energie electrică );

■ cinetice. Energia cinetică a apei cu debit mare pune în mișcare agregate de o construcție specială care produc energie electrică. Sistemul a fost folosit din timpuri străvechi pentru morile de cereale acționate de un curs de apă curgătoare, pentru dispozitivele de finisare și spălare a țesăturilor, etc.

10.1.2. Componența microhidrocentralelor

Componentele principale ale unei microhidrocentrale se pot vedea în ( Fig. 10.1. ):

Fig. 10.1. Schema unei microhidrocentrale. [ 3 ]

lucrări civile: barajul, sau stăvilarul, priza de apă cu grătar pentru oprirea corpurilor

mari, conductele de transport ale apei ( sub formă de canale sau galerii care duc apa la turbină și o evacuează înapoi în râu ), clădirea propriu – zisă a microhidrocentralei ( cu rol de a proteja echipamentul electromecanic );

echipamente hidromecanice: turbine ( turbina transformă energia hidraulică a apei în

energie mecanică de rotație la axul turbine și funcționează ori cu debit mare de apă, ori cu cădere mare de apă ), multiplicatoare de turație ( necesare pentru a respecta turația generatoarelor, care de multe ori nu este aceeași cu turația turbinelor ), generatoare de diferite tipuri și dimensiuni ( transformă energia mecanică primită de la turbine în energie electrică ), regulatoare de turație ( sunt o combinație de dispozitive și mecanisme care detectează abaterea turației generatorului provocata de turbină. Regulatorul de turație reglează admisia în turbină, redresând astfel funcționarea generatorului. ), vane, stavile ( pentru reglarea debitului de apă la intrarea apei în turbină ), instalația de apă de răcire, instalația de aer comprimat, gospodăria de ulei, instalația de epuisment a apei, instalația de golire a circuitului hidraulic;

echipamente electrice: transformatorul pentru servicii proprii, alimentarea cu energie

electrică auxiliară, dispozitive de monitorizare a apei în amonte și în aval, stația de transformare a energiei electrice livrate.

10.1.3. Impactul asupra mediului

Lacurile de acumulare, drumurile de acces, platformele de lucru, lucrările de excavații reprezintă pierdere de teren, uneori arabil.

Efectul de barieră reprezintă modificarea debitului apei ca urmare a regularizării râului.

În faza de construcție apar zgomote, pericol de eroziune datorat pierderii vegetației, apa antrenează sedimente care se vor depune în aval. Se recomandă executarea lucrărilor în timpul sezonului cu ape mici, iar terenul să fie refăcut imediat ce este posibil ( ba mai mult, vegetația se poate consolida suplimentar ). Este important ca materialul excavat să nu ajungă în râu. Emisiile de la mijloacele mecanizate, praful de la excavații, consecințele nefavorabile ale prezenței lucrătorilor contribuie la deteriorarea mediului în zona respectivă. Pentru reducerea și eliminarea acestor probleme, traficul trebuie planificat pentru a elimina deplasările inutile și pentru a păstra nivelul de trafic la minim.

În schimb, apar oportunități în ceea ce privește ocuparea forței de muncă locale, amenajarea teritoriului pentru a facilita irigațiile și regularizarea râului, cu efecte benefice împotriva viiturilor, revărsărilor și inundațiilor.

În timpul exploatării, zgomotele produse de echipamente se pot reduce sub nivelul admisibil prin alegerea de echipamente silențioase și prin izolarea fonică a elementelor de construcții care alcătuiesc clădirea în care sunt amplasate aceste echipamente. Construcțiile care ar putea afecta aspectul vizual al peisajului, se pot proiecta să fie montate subteran, sau cu forme atractive, aspectuoase, care să se încadreze în peisaj, sau se pot masca cu ajutorul vegetației.

10.2. Valorificare energia valurilor

10.2.1. Tipuri de valuri generate de vânt

Valurile generate de vânt se formează prin transferul direct al energiei maselor de aer în mișcare asupra suprafeței de apă. Transferul se produce ca urmare a două mecanisme: diferența de presiune, deoarece deasupra valului vântul este deviat și datorită fluctuațiilor de presiune care se deplasează și ar putea intra în rezonanță cu apa, formând valuri. Mișcarea valurilor este caracterizată de următoarele mărimi: lungimea valului ( sau lungimea de undă, reprezintă distanța orizontală dintre două creste sau două depresiuni succesive, măsurată paralel cu direcția de deplasare a valului ), perioada valului ( este intervalul de timp în care cele două creste succesive de val trec prin dreptul unui punct fix ), înălțimea valului ( adică distanța dintre creasta și depresiunea valului, măsurată pe verticală ), adâncimea apei ( care este distanța pe verticală dintre depresiune și fundul apei ), viteza valului ( sau distanța parcursă de creasta valului în timpul unei perioade ). Înălțimea și perioada valurilor de vânt depind de viteza vântului, durata sau timpul de acțiune a vântului și întinderea zonei marine asupra căreia acționează masele de aer în mișcare.

Valurile au un potențial energetic de 10 ori mai mare decât cel al vânturilor și de 100 de ori mai mare decât al radiației solare, dar costurile de investiție sunt mult mai mari. Cel mai evident factor pentru valorificarea energiei valurilor este disponibilitatea în stare naturală a sursei. În plus, trebuie să existe și posibilitatea amplasării dispozitivelor de exploatare a valurilor și a construcțiilor anexe. Exploatarea energiei valurilor este economică doar atunci când potențialul energetic liniar depășește 20 kW / m2 ( puterea medie anuală pe metru de lățime a crestei valului, paralelă cu linia țărmului ). Tehnologiile pentru conversia energiei valurilor se pot amplasa pe linia țărmului ( a coastei ), lângă coastă, sau în larg. Trebuie să se aibă în vedere și posibilitățile de pozare ale cablurilor electrice.

10.2.2. Tehnologii și echipamente

Pentru conversia energiei valurilor se folosesc următoarele echipamente:

● atenuatorul, este un echipament lung, flotant, aliniat perpendicular pe frontul valului, care urmărește și capturează mișcarea valului prin mișcarea relativă a două brațe;

Fig. 10.2. Schema constructivă a atenuatorului specific convertorului de energie a valurilor. [ 34 ]

● punctele de absorbție axial simetrice, sunt structuri flotante care absorb energia valurilor din toate direcțiile, indiferent de mișcarea apei, Aceste dispozitive acoperă urcarea și coborârea plutitorului de suprafață care, acționat de valuri produc putere;

Fig. 10.3. Schema constructivă pentru puncte de absorbție axial simetrice. [ 34 ]

● convertoarele oscilației de nivel al valului, sunt colectori plasați în apropierea suprafeței, fixați pe un braț pivotant amplasat lângă patul mării, brațul oscilind ca un pendul invers. Valurile produc oscilații ale brațului care generează putere electrică;

Fig. 10.4. Schema constructivă pentru convertoarele oscilației de nivel. [ 34 ]

● coloanele oscilante de apă, convertesc ridicarea și coborârea valurilor în mișcări ale aerului care curge prin turbine și generează putere;

Fig. 10.5. Principiul de funcționare pentru coloanele oscilante de apă. [ 3 ]

● dispozitivele plasate în vârf, au un perete peste care valurile intră într-un rezervor de stocare care creează o cădere de apă. Apa este lăsată să se scurga înapoi către mare printr-o turbină, pentru a genera putere;

Fig. 10.6. Principiul de funcționare pentru dispozitivele plasate în vârf. [ 3 ]

● dispozitivele de presiune diferențială submerse. Mișcarea valurilor crează în interiorul acestor dispozitive o presiune diferențială ( prin creșterea și coborârea nivelului ) care determina ridicarea și coborârea dispozitivului;

Fig. 10.7. Principiul de funcționare pentru dispozitivele de presiune diferențiale submerse. [ 3 ]

10.2.3. Impactul asupra mediului

Zgomotul produs de turbinele și generatoarele instalate poate să influențeze negativ populația de cetacee și fauna marină, atât lângă țărm, cât și în larg. Mai mult, mecanismele în mișcare pot să transmită în apă vibrații, care pot afecta fauna marină.

Problemele care apar la montarea și instalarea cablurilor și a sistemelor de ancorare pot să fie gestionate. Spațiul ocupat de dispozitivele pentru conversia energieie valurilor poate să intre în competiție cu industria piscicolă și cea de transport naval.

Aspectul vizual al zonei poate să fie afectat, iar peisajul modificat. Această problemă

nu apare atunci când un dispozitiv este amplasat sub nivelul apei, deoarece este aproape

invizibil de pe țărm.

Câmpurile electromagnetice generate de cablurile electrice submarine pot să influențeze negativ flora și fauna marină.

Există pericol de poluare marină cu substanțe care rezultă din activitatea de montare, exploatare și mentenanță a dispozitivelor specifice.

Țărmul mării poate fi serios afectat de lucrări, se pot modifica curenții de apă și procesul de drenaj al apei.

10.3. Valorificarea energiei mareelor

Mareele sunt ridicări și coborâri periodice ale nivelului mărilor și oceanelor care se produc odată sau de două ori pe zi. Mareele sunt valuri cu o perioadă de aproximativ 12 ore și 25 de minute și lungimea de undă egală cu aproape jumătate din circumferința planetei Pământ ( aproximativ 23.300 km ). Căderea mareelor ( diferența dintre înălțimea maximă a mareei înalte și înălțimea minimă a mareei joase ) are valori medii între 1 și 3 m, dar poate să atingă și 20 m. Mareele sunt provocate de atracția gravitațională exercitată de Soare și Lună asupra Pământului. Dacă Soarele și Luna acționează din același sens, se obțin maree de amplitudine mare, iar când cei doi aștri acționează din direcții diferite, se obțin maree de amplitudine foarte mică. Curenții de maree sunt slabi în largul mărilor și oceanelor, dar foarte puternici în apropierea uscatului.

Pentru captarea energiei mareice s – au dezvoltat două tehnologii: una bazată pe îndiguire și cealaltă bazată pe curenții mareici. În primul caz, centralele maree – motrice pot funcționa la flux, la reflux, dar și în ambele sensuri. În al doilea caz, se valorifică energia cinetică a curgerii apei cu viteze mari în zonele unde se produc maree. În ambele cazuri, investițiile sunt foarte mari, perioada de construire este relativ lungă, iar recuperarea investiției se face într – o perioadă mare. După punerea în funcțiune, costurile de exploatare și mentenanță sunt foarte mici, iar durata de viață este foarte mare.

România, chiar dacă are deschidere la Marea Neagră ( care este o mare închisă, iar amplitudinea mareei este nesemnificativă ), nu poate beneficia de energia valurilor.

În prezent sunt în funcțiune foarte puține unități de valorificare a energiei mareelor,

astfel încât nu se pot stabili exact efectele generate asupra mediului înconjurător.

11. HIDROGENUL

Motto: „ Alături de hidrogen, prostia e cea care se găsește în cea mai mare cantitate în univers ”.

( Thomas Edison ).

11.1. Generalități

Printre cercetările de anvergură din ultimul timp, ca urmare a combaterea poluării și protecției mediului, se numără și aplicabilitatea hidrogenului în domeniul energetic. Utilizarea hidrogenului prezintă unele avantaje: se găsește din abundență ( însă în combinație cu alte elemente ), prin ardere cedează o cantitate de căldură dublă față de gazul natural, nu este poluant și nici toxic ( prin ardere produce vapori de apă ), este ușor ( în cazul neetanșeităților difuzează rapid ), există multe procedee de obținere a hidrogenului, însa cu randamente foarte scăzute.

Electricitatea și hidrogenul se pot transforma reciproc: electricitatea în hidrogen prin electroliza apei și hidrogenul în electricitate în pilele cu combustibil.

Combustibilitatea hidrogenului a fost descoperită înainte de anul 1800, prima utilizare fiind iluminarea orașelor ( de fapt se folosea un gaz provenit în urma gazeificării lemnului, numit gaz aerian, dar care conținea mai mult de 60 % hidrogen ). În urma descoperii electrolizei apei, s – a obținut hidrogen și oxigen într – o pilă cu combustibil. Tehnologia s – a perfecționat, astfel încât, pilele cu combustibil, de altfel foarte moderne în anul 1960, au fost folosite în domeniul aerospațial și oceanografic. Cercetările au continuat, s – a construit chiar și un tractor care funcționa cu ajutorul unei pile cu combustibil, iar în anul 1983 în New York a fost pusă în funcțiune o instalație de 4,5 MW.

11.2. Producerea, stocarea, transportul și depozitarea hidrogenului

Producerea hidrogenului se realizează cu costuri foarte ridicate ( deoarece, chiar dacă se găsește din abundență, hidrogenul se afla în combinații cu alte elemente și trebuie separat ) prin: utilizarea combustibililor fosili prin reformare cu apă, oxidare parțială sau reformare autotermă ( prezintă dezavantajul major că rezultă dioxid de carbon ), electroliza apei, utilizarea biomasei ( prin fotosinteza clorofiliană ), utilizarea algelor verzi, sau a bacteriilor ( prin fotosinteza algelor verzi sau a bacteriilor ), utilizarea energiei nucleare ( disocierea apei se poate face la temperaturi de 2726° C, dar care nu se pot obține prin procedee industriale. Energia nucleară devine interesantă în acest caz, iar un reactor de înaltă temperatură se afla în teste în Japonia ).

Electroliza apei va fi probabil soluția viitorului pentru producerea hidrogenului, însă la ora actuală doar 4 % din hidrogenul produs în lume este obținut prin electroliză. Randamentul clasic al electrolizei industriale nu este spectaculos ( maxim 85 % ), iar impuritățile din apă afectează serios procesul în sine

Fig. 11.1. Schema producției de hidrogen prin electroliză. [ 3 ]

Părțile componente ale unui electrolizor pentru obținerea hidrogenului este: doi electrozi ( anod și catod ) legați la o sursă de curent continuu și un electrolit ( care poate fi o soluție apoasă acidă sau bazică de hidroxid de potasiu ), o membrană polimeră schimbătoare de protoni, sau o membrană ceramică conducătoare de ioni de O2.

Hidrogenul se poate stoca în stare gazoasă ( soluția este cea mai utilizată ) și în stare lichidă ( lichefierea permite stocarea unor cantități mari de hidrogen ). Ambele metode necesită consumuri energetice importante, deoarece compresia se realizează cu degajare de căldură. Hidrogenul gazos comprimat este mai ușor de produs, dar la presiuni sub 200 – 350 bar, proprietățile sale energetice devin mediocre. Se mai pot folosi materiale poroase, materiale absorbante, sau gazoducte.

Transportul hidrogenului se face prin toate mijloacele cunoscute, modul de transport fiind dependent de distanță. Depozitarea recipientelor de hidrogen în spații închise pune problema inflamabilității eventualelor scăpări de gaz.

11.3. Principiul de funcționare al pilei cu combustibil

O pilă cu combustibil este un generator electrochimic capabil să convertească continuu energia chimică a unui combustibil în energie electrică și termică în absența unei reacții de combustie directă. Reacțiile electrochimice constau într – o oxidare în prezența unui combustibil gazos la anod și o reducere în prezența unui oxidant ( oxigen din aer ) la catod. În afară de hidrogen pe post de combustibil gazos, se mai pot folosi gaze naturale, oxid de carbon și metanol.

Fig. 11.2. Schema de principiu a

unei pile cu combustibil. [ 3 ]

Electronii formați prin disocierea hidrogenului la anod se deplasează spre catod, printr – un circuit extern, pentru a participa la reducerea oxigenului, care prin combinarea cu hidrogenul formează apă. Reacția se desfășoară la temperaturi cuprinse între 70 și 1000° C. Toate tipurile de pile cu combustibil au același principiu de funcționare, ceea ce diferă sunt electrolitul, electrozii și temperatura de funcționare.

11.4. Aplicații ale pilelor cu combustibil

Vehiculele rutiere care funcționează cu pile de combustie întâmpină probleme în ceea ce privește rețeaua de alimentare cu carburanți, care la ora actuală nu este suficient dezvoltată. Un autovehicul electric dotat cu pilă de combustie are același confort și performanțe cu ale unui autovehicul clasic ( în plus, are avantajul unei întrețineri ușoară și ieftină, deoarece autovehiculul electric are un motor mult mai simplu ). Totuși, aceste pile se pot folosi doar ca generatoare auxiliare la avioane, sau pot să înlocuiască turbinele cu gaz și diesel pe nave și locomotive.

Hidrogenul se poate arde mai ușor și mai economicos într – un motor termic, decât să fie consumat într – o pilă cu combustibil pentru obținerea electricității. Chiar dacă nu are puritate ridicată, hidrogenul dă unui motor cu ardere internă care funcționează cu benzină, un randament net superior.

Hidrogenul și oxigenul utilizate în tehnologiile moderne trebuie să aibă purități de aproape 100 %, fapt care duce la creșterea costurilor de producere a energiei electrice.

11.5. Direcții de cercetare – dezvoltare în domeniul hidrogenului [ 50 ]

Cercetători din diferite colțuri ale planetei au demarat în paralel experimente care au ca scop obținerea diferitelor tipuri de energiei din reacția de fuziune a hidrogenului, plecând de la exemplul energiei produse în interiorul Soarelui. În cazul fuziunii nucleare, doi atomi ( de obicei izotopi ) de hidrogen se unesc dând naștere unuia nou, mai greu ( heliu ), în urma reacției eliberându – se o cantitate uriașă de energie. Atomul rezultant are masa mai mică decât suma maselor celor doi atomi care i – au dat naștere. Masa lipsă se transformă în energie în cadrul procesului de fuziune nucleară.

Fuziunea nucleară este probabil unica metodă de a produce energie care să reprezinte o soluție energetică pe termen lung pentru planeta noastră, cu un potențial net superior față de alte resurse alternative. Centralele nucleare care ar urma să producă energie prin fuziune nucleară ar prezenta și avantajul că ar fi foarte sigure, negeneratoare de deșeuri radioactive ( spre deosebire de centralele atomoelectrice actuale, bazate pe fisiunea materialelor radioactive ) și ar fi, de asemenea, nepoluante, aspect extrem de important în contextul încălzirii globale. În plus, combustibilul necesar fuziunii nucleare ar fi și extrem de simplu de procurat, fiind disponibil oriunde în lume. Reacția de fuziune nucleară are un randament mult superior tuturor celorlalte reacții cunoscute și puse în practică până acum. Totuși, pentru a realiza o reacție de fuziune nucleară, în practică este nevoie de o temperatură foarte mare, greu de atins. O altă problemă se referă la controlul plasmei, păstrarea și izolarea acesteia într-un spațiu închis și sigur. Chiar dacă se cunosc mai multe metode de control a plasmei pe perioada reacției de fuziune nucleară ( prima metoda folosește de un câmp magnetic foarte puternic, a doua presupune un tip de control inerțial, bazat pe menținerea coeziunii plasmei, iar a treia foloseste gravitația ), doar reactoarele naturale ( Soarele și celelalte stele ) au fost până în prezent capabile să controleze plasma prin gravitație.

Deși energia obținută prin fuziune nucleară ar fi practic nelimitată, costul imens al

producerii acesteia o fac nerentabilă pentru moment, din punct de vedere economic. Cercetătorii cred și susțin că într – un viitor foarte apropiat ( pronosticurile lor sunt foarte apropiate ca număr de ani ) omenirea își va putea asigura majoritatea necesarului energetic pe baza fuziunii nucleare. Este un aspect foarte important, deoarece aceiași cercetători susțin că resursele de energie convențională ale planetei se vor epuiza într – un timp relativ scurt.

12. STUDIU ECONOMIC DE CAZ

12.1. Necesarul de putere

În cazul unei clădiri de locuit foarte bine utilată cu consumatori electrici este necesar să se realizeze un studiu comparativ între prețul energiei electrice necesare preluate din Sistemul Energetic Național și prețul de producere al aceluiași necesar de energie electrică produsă de panouri fotovoltaice. Încălzirea locuinței se face clasic, folosind gaz natural combustibil, cunoscând faptul că radiația solară pe timpul iernii are valori foarte scăzute.

Dimensionarea unei instalații fotovoltaice nu se face încă pe baza unei metodologii bine structurate. Un model matematic se poate stabili foarte greu, având în vedere numeroasele variabilele care depind de radiația solară. Producătorii de echipamente solare își recomandă produsele în urma unui calcul foarte sumar ( de multe ori cu ajutorul unui software specializat ), corectat cu niște coeficienți rezultați în urma experimentelor practice. Multe echipamente se comercializează sub forma unui kit, pentru o anumită putere instalată ( de cele mai multe ori rezultatele nu sunt cele scontate ).

Se pornește de la determinarea necesarului de putere pentru locația considerată:

Nu toți consumatorii vor funcționa simultan, astfel încât, la necesarul de putere calculat

se aplică un coeficientul de nesimultaneitate în consum, care în cazul clădirilor de locuit este de 40 %, deci se ia în calcul 80,59 kW · 0,4 = 32,23 kW ≈ 33 kW. Consumatorii se vor utiliza după un orar foarte strict de simultaneitate în funcționare.

Producția solară lunară pentru un metru pătrat de captator situat în Muntenia, orientat spre sud și înclinat la 45° este dată în tabelul următor:

Randamentul de conversie energetică este de 65 %.

Calculul suprafeței captatorilor se obține multiplicând această putere cu valorile din

tabelul următor, care reprezintă producția furnizată de un captator de 1 kWc:

Dimensionarea se poate face:

după luna cea mai defavorabilă ( decembrie ).

Puterea la vârf Pc = = ≈ 41,6 kWc.

Rezultă o suprafață mare de panouri fotovoltaice ( PF ) care înseamnă un cost de investiție ridicat. În celelalte luni, acest număr de panouri produce energie electrică în exces ( surplusul poate fi livrat în Sistemul Energetic Național ).

după luna cea mai favorabilă ( iulie ).

Puterea la vârf Pc = = ≈ 7,8 kWc.

Rezultă o suprafață mică de PF care asigură necesarul de energie electrică doar în luna considerată și eventual în lunile asemănătoare ca insolație cu luna considerată ( pentru celelalte luni este necesară o sursă auxiliară de energie ).

pentru a realiza o optimizare a costurilor ( costul de producere a energiei raportat la costul de investiție ) se recomandă dimensionarea captatorilor după producția medie anuală. Se acoperă necesarul de energie pe o perioada mai lungă ( peste șase luni ), iar surplusul din celelalte luni se poate livra în Sistemul Energetic Național ( câștigul astfel obținut se poate folosi pentru compensarea necesarului de energie pentru restul anului ). Din acest motiv alegem sistemul on – grid

Fig. 12.1. Sistem on – grid. [ 58 ]

Puterea la vârf Pc = = ≈ 13,3 kWc.

Suprafața necesară de captatoare tip monocristalin ( PFM ) este 7,2 ∙ 13,3 ≈ 96 m2;

Suprafața necesară de captatoare tip policristalin ( PFC ) este 8,3 ∙ 13,3 ≈ 111 m2;

Suprafața necesară de captatoare tip amorf ( PFA ) este 16,7 ∙ 13,3 ≈ 222 m2.

12.2. Alegerea panourilor fotovoltaice ( PF )

PFC sunt mai ieftine decât PFM, în plus, se comportă mai bine la temperaturi ridicate ( în zilele însorite de vară, temperatura cristalului poate ajunge la 70 – 80° C ). Randamentul maxim al unui PF se atinge în jurul temperaturii de 20° C. Deci, se recomandă ca în zonele calde și aride din sudul României să se monteze PFC, iar în zonele mai reci de munte să se monteze PFM ( acestea sunt mai eficiente și în condiții de lumină scăzută, zile înnourate, sau ploioase ). Scăderea randamentului PFM în timp este mai mică decât la PFC. În general, caracteristicile și parametrii celor două tipuri de PF sunt foarte asemănătoare, diferența esențială constă în preț.

PF folosite în sistem on grid ( cu injecție în rețeaua națională ) au înglobate un număr de 40, 50 sau 60 de celule fotovoltaice și ating tensiuni de lucru apropiate de 350 Vcc, până la 450 Vcc, tipic pentru intrările invertoarelor destinate injecției în rețeaua națională. Din acest motiv, tensiunile de lucru pentru punctul de maximă putere al acestor panouri, este situat în jur de 24 Vcc – 29 Vcc, iar tensiunea de mers în gol, undeva în jur la 28 Vcc – 36 Vcc.

PF folosite în sistem off grid ( de tip insulă ) conțin în general 36 sau 72 celule, dar cel mai important parametru care trebuie să – l îndeplinească este tensiunea pentru punctul de maximă putere, situat în jurul valorii de 35 Vcc – 37 Vcc, iar tensiunea de mers în gol, în jurul valorii de 42 Vcc – 45 Vcc. Aceste valori sunt mai ridicate decât cele oferite de PF descrise anterior și sunt necesare pentru operarea cu ajutorul regulatoarelor de încărcare, special destinate sistemelor care utilizează baterii de acumulatori pentru stocarea energiei produse. Aceste panouri pot fi utilizate și în sistem cu conectare la rețea, fiind perfect compatibile cu acele aplicații, dar nu și invers. Această condiționalitate este rezervată exclusiv regulatoarelor PWM ( pulse width modulation, adică modulare puls lățime ), știut fiind faptul că regulatoarele MPPT ( maximum power point tracking, sau punct de putere de urmărire maximă ) operează cu succes pe ambele tipuri de panouri.

Consultând oferta furnizorilor de panouri fotovoltaice, se alege un panou fotovoltaic

policristalin Trina TSM PC05A 250 W ( la prețul de 1255 lei ), cu următoarele caracteristici:

● curent la putere maximă Imp = 8,27 A;

● curent la scurt circuit Isc = 8,79 A;

● tensiune la circuit deschis Voc = 38 V;

● tensiune la putere maximă Vmp = 30,3 V;

● tensiunea maximă a sistemului 1000 V;

● dimensiuni de gabarit în mm. 1650 / 992 / 40;

● eficiență celule 17 %;

● eficiență module 15 %;

● temperatura de funcționare între – 40° C și 80° C.

Fig. 12.2. Panou fotovoltaic policristalin Trina TSM PC05A 250 W. [ 35 ]

Numărul de panouri pentru necesarul de putere calculat:

Np = = ≈ 68 panouri fotovoltaice

Dacă PF se montează pe teren orizontal ( dar înclinate la 45 ° ), suprafața de montare se mărește pentru a se evita umbrirea între panouri. Umbrirea poate să apară si datorită obstacolelor existente ( copaci, construcții, stâlpi, etc. ). În plus, sunt necesare căi de acces. Se vor aloca între 8 și 10 m2 pentru fiecare kW necesar. Amplasarea panourilor se realizează și în funcție de forma și dimensiunile terenului.

Se alege o schemă de conexiuni cu 4 șiruri paralele, a câte 17 PF legate în serie pe fiecare șir ( Nș = 4 șiruri; Npș = 17 panouri ).

Tensiunea instalată a generatorului fotovoltaic: Ug = Npș ∙ Up = 17 ∙ 12 = 204 V.

Curentul generatorului: Ig = Nș ∙ Imp = 4 ∙ 8,27 = 33,08 A.

Tensiunea la circuit deschis a generatorului: Voc g = Npș ∙ Voc = 17 ∙ 38 = 646 V.

Curentul la scurt circuit al generatorului: Isc g = Nș ∙ Isc = 4 ∙ 8,79 = 35,16 A.

Tensiunea la putere maximă a generatorului: Vmp g = Npș ∙ Vmp = 17 ∙ 30,3 = 515,1 V.

Puterea generatorului: Pg = Vmp g ∙ Ig = 515,1 ∙ 33,08 = 17039,5 W ( 17,04 kW ).

Se observă că puterea generatorului este mai mare decât puterea la vârf.

Se observă un echilibru între energia electrică produsă suplimentar într – o anumită

perioadă și deficitul din celelalte luni. Surplusul de energie electrică produsă se poate

livra în Sistemul Energetic Național, ca mai apoi să se poată consuma când este nevoie.

12.3. Alegerea bateriilor

Bateriile sunt necesare pentru a stoca energia produsă de generatorul fotovoltaic pe timpul zilei, pentru a putea fi folosită când este nevoie ( noaptea , sau când cerul este înnorat ).

Capacitatea bateriilor = = = 288 kWh.

Autonomia este cuprinsă între 5 și 15 zile, iar rația se referă la nivelul de descărcări maximale ale bateriei și la randamentul invertorului ( producătorii recomandă valori între 70 % și 85 % ).

Fig. 12.3. Baterie solară cu gel tip Monolith Power deep – cycle 12 V / 240 Ah. [ 32 ]

Se aleg baterii solare cu gel, de calitate tip Monolith Power deep – cycle 12 V / 240 Ah ( la prețul de 310 euro / bucată ). Au durată mare de viață și rezistă la un număr foarte mare de cicluri încărcare / descărcare.

Numărul de baterii = = ≈ 12 baterii.

Bateriile se leagă câte patru în serie pe un șir, iar cele două trei șiruri în paralel. Rezultă o tensiune de 4 · 12 V = 48 V și o intensitate de 3 · 240 Ah = 720 Ah ( rezultând o putere de 48 V · 720 Ah = 34560 W ).

12.4. Alegerea invertoarelor

Sunt necesare două tipuri de invertoare: invertor de baterii și invertor de rețea.

Invertorul de baterii este de regulă unidirecțional și asigură conversia energiei de curent continuu de la bornele acumulatorilor în energie de curent alternativ pentru alimentarea consumatorilor. Se aleg trei invertoare ( câte unul pe rând ) tip Steca AJ700 – 48 cu undă perfect sinusoidală ( la prețul de 3444 lei ), cu următorii parametrii: curent de încărcare 100 A, tensiune nominală de intrare 48 V, tensiune nominală de ieșire 230 V la frecvența de 50 Hz.

Fig. 12.4. Invertor tip Steca AJ700 – 48 cu undă perfect sinusoidală. [ 48 ]

Conversia energiei electrice de curent continuu nestabilizată generată de PF în energie electrică de curent alternativ, se realizează cu echipamente electronice speciale numite invertoare de rețea. Energie obținută la ieșirea lor este injectată integral în Sistemul Energetic Național. Se alege un invertor de rețea tip Kostal PIKO 10.1 AD ( la prețul de 3160 euro ), cu următorii parametrii: tensiune maximă de intrare 950 V, curent maxim de intrare cu conexiune în paralel 25 A ( rezultă 50 A ), tensiune de ieșire 230 / 400 V, la frecvența de 50 Hz.

Fig. 12.5. Invertor de rețea tip Kostal PIKO 10.1 AD. [ 45 ]

12.5. Alegerea regulatorului de sarcină

 Regulatorul de sarcină ( sau controler ) are următoarele roluri:

● de a controla încărcarea completă a bateriilor de acumulatori fără a permite supraîncărcarea;

● previne scurgerea de energie din baterie către celula solară pe timpul nopții;

● reduce deteriorarea bateriei printr-o descărcare totală;

● poate prezenta starea sistemului;

● protejează la scurtcircuit.

Metoda MMPT ( Maximum Power Point Tracking, adică urmărirea punctului de putere maximă ) este utilizată de cele mai performante regulatoare de sarcină și optimizează perfect transferul de energie între PF și bateria de acumulatori.

Se aleg trei regulatoare de sarcină ( câte unul pe fiecare rând ) tip Steca Power Tarom 4110 – 12V – 24V – 48V – 110A ( în funcție de parametrii bateriei de acumulatori ). Prețul unui astfel de regulator de sarcină este de 2032 euro.

Fig. 12.6. Regulator de sarcină tip Steca Power Tarom 4110. [ 45 ]

12.6. Analiza eficienței economice a sistemului fotovoltaic

La costul inițial de investiție se adaugă cheltuielile de exploatare.

Durata de viață a panourilor fotovoltaice este de 20 de ani.

Prețul necesarului zilnic de putere de 33 kW produs în instalația fotovoltaică de mai sus este = = ≈ 22,5 lei / zi.

Dacă același necesar zilnic de putere de 33 kW ar fi preluat din Sistemul Energetic Național, ar costa 33 kw · 0,55 lei = 18,2 lei / zi. Prețul de 0,55 lei / kW este un preț mediu în vigoare și poate varia în funcție de tipul de abonament casnic.

Se observă o diferență de preț între energiile electrice obținute din două surse diferite, diferență care se poate accentua foarte mult dacă la prețul total al sistemului fotovoltaic se adaugă cheltuielile curente de exploatare și cheltuielile cu echipamentele care trebuie înlocuite în perioada de timp considerată ( perioada de 20 de ani este o perioadă foarte lungă și foarte puține echipamente au o fiabilitate atât de mare ). Eficiența PF scade mult în timp ( după 20 de ani se recomandă schimbarea lor ). Această eficiență mai este influențată și de radiația solară incidentă pe Pământ, care este variabilă ( de multe ori este necesară o supradimensionare a instalației fotovoltaice, pentru a putea satisface necesarul de energie electrică ).

13. ASPECTE METODICE PRIVIND PREDAREA DISCIPLINEI

„ RESURSE REGENERABILE DE ENERGIE ”

13.1. Proiectarea instruirii la nivelul disciplinei „ Resurse regenerabile de energie ”

Realizarea activităților didactice la nivele superioare de calitate, performanță și eficiență, necesită în primă etapă, proiectarea acestor activități.

Proiectarea este o acțiune complexă de a concepe anticipat modelele activităților didactice în funcție de care vor fi îndeplinite la un nivel ridicat de competență și eficiență următoarele componente ale procesului de învățământ: obiectivele, conținuturile, strategiile, evaluarea și formele de activitate didactică, totul într – o viziune sistemică. Proiectarea este un sistem dinamic, care presupune maleabilitate, flexibilitate, adaptabilitate și creativitate. Prin proiectare trebuie să se asigure rezolvarea tuturor situațiilor care ar putea să apară în procesul de învățare. Proiectarea didactică a luat amploare odată cu epoca modernă, cu dezvoltarea economiei, industriei, științei, culturii, etc. și oferă posibilitatea instruirii unui număr relativ mai mare de copii și tineri, în variante de instruire diverse ( frontale, pe echipe și individuale ).

Multe dintre caracteristicile procesului de învățământ din trecut se mențin în anumite limite până azi: sistemul de organizare și proiectare pe clase și lecții, cu componente ca: planuri de învățământ, ciclu de studiu, an școlar, trimestru sau semestru, examene, vacanțe, orare școlare, grupuri școlare omogene ( clase, ani de studii, lecții, etc. ), programe și manuale școlare, etc. Proiectarea și organizarea didactică s – au îmbunătățit continuu, în etapa actuală asistând la o reformă la nivelul sistemului de învățământ.

Principalele direcții ale proiectării didactice se referă la:

timpul ( durata ) de desfășurare a procesului de învățământ pe cicluri de studii ( anual, semestrial, săptămânal, zilnic și pe fiecare oră didactică );

obiectivele operaționale și pedagogice ale fiecărei discipline până la fiecare activitate didactică;

conținutul învățământului ( curriculum – ul ), selectat pe grupe de discipline, cicluri de studii, clase ( ani de studiu ), profiluri, specializări, discipline, până la fiecare activitate didactică ( lecție );

strategiile didactice: mijloace didactice, metode de învățământ, forme de activitate

didactică, etc.;

modurile de organizare și desfășurare a activităților didactice: frontal, pe echipe, sau individual;

evaluarea rezultatelor școlare și realizarea feedback – ului didactic etc.

În funcție de perioada de timp luată în considerare, proiectarea pedagogică poate fi: globală ( se realizează pe o perioadă mai mare de timp, respectiv ciclu de învățământ și se finalizează cu elaborarea planurilor de învățământ și a programelor școlare ), sau eșalonată ( vizează perioade de timp mai restrânse, ca de exemplu an școlar, semestru, capitol, lecție, se realizează de cadrele didactice și se concretizează în planificări și proiecte didactice ).

Proiectarea activității anuale la nivelul unei discipline școlare se finalizează cu elaborarea planificării anuale și presupune:

analiza planului de învățământ și a programei școlare;

stabilirea obiectivelor de referință a competențelor generale urmărite prin predarea disciplinei respective;

cunoașterea particularităților populației școlare cărora li se adresează;

structurarea conținutului disciplinei pe arii de conținut / capitole și stabilirea relațiilor dintre acestea;

repartizarea numărului de ore pentru fiecare capitol cât și pentru activitățile de recapitulare și evaluare.

Proiectarea activității semestriale pornește de la proiectarea anuală, se finalizează cu elaborarea planificării semestriale și presupune:

studierea programei școlare și a manualelor;

analiza amănunțită a conținutului fiecărui capitol;

identificarea unităților de informații;

ordonarea și ierarhizarea acestora;

eșalonarea conținutului pe parcursul semestrului până la stabilirea subiectului fiecărei lecții;

prefigurarea strategiilor didactice corespunzătoare fiecărei arii de conținut;

corelarea necesarului de mijloace de învățământ cu resursele materiale existente în

școală;

identificarea mijloacelor de învățământ ce vor fi procurate / elaborate de cadrul

didactic;

stabilirea metodelor de evaluare pentru fiecare capitol.

Proiectarea unității de învățare presupune:

-precizarea obiectivelor de referință / competențelor specifice;

selectarea conținuturilor;

analiza resurselor ( metode de predare – învățare, mijloace de învățământ, forme de organizare a activității elevilor, locul desfășurării, timpul );

stabilirea instrumentelor de evaluare.

Clasele cuprind aproximativ 25 elevi, sunt grupuri relative stabile și omogene ca vârstă și pregătire.

Durata organizării în învățământ este bine determinate și este în funcție de fiecare ciclu în parte ( învățământ liceal, profesional, complementar, postliceal, stagii de pregătire, programul a doua șansă ). Complexitatea meseriei contează mult în stabilirea duratei de pregătire.

Planurile de învățământ și programele analitice au o importanță deosebită în activitatea școlară. Planurile de învățământ stabilesc: durata studiilor, specializarea, organizarea școlară pe semestre, disciplinele, activitățile didactice și numărul de ore repartizate, perioadele și modalitățile de evaluare, vacanțele școlare, etc.

Activitatea didactică se desfășoară după un orar stabilit pe baza planului de învățământ

pe un semestru, sau an școlar. Activitatea săptămânală prevăzută în orar este de 5 zile, ziua

școlară are în medie 6 ore, ora școlară este în medie de 50 minute, între ore fiind recreații

( pauze ) de 10 minute. În cele 50 de minute profesorul și elevii desfășoară activități bilaterale și interactive, în care se expun conținuturi de specialitate legate de anumite teme, având drept obiective comunicarea, asimilarea, aplicarea și evaluarea acestor conținuturi. De aici derivă sistemul de învățământ pe clase și lecții.

Lecția:

stabilește în mod sistematic secvențele informaționale pentru fiecare disciplină de învățământ, în concordanță cu programa analitică;

îmbină modul de activitate didactică frontal cu cele în echipă și individual, dezvoltând competiția intelectuală și profesională;

îmbină pregătirile teoretică și practică cu cercetarea științifică, în functie de

disciplinele și profilele ( specializările ) învățământului, asigurând varietatea tipurilor de activități didactice;

asigură dezvoltarea și manifestarea capacităților și aptitudinilor generale și speciale

( profesionale ), stimulează spiritul de observație și participarea activă, independentă și creativă;

contribuie la formarea calităților cognitive și socio – profesionale necesare integrării

absolvenților învățământului în viață, la adaptarea la schimbările care pot să apară în

societatea civilă și în economia liberă.

Cerințele generale ale conceperii, organizării, proiectării și desfășurarii lecțiilor sunt:

cunoașterea locului și importanței specifice disciplinei de învățământ în pregătirea elevilor, în funcție de clasă ( an de studiu ), profil și specializare;

cunoașterea conținutului programei analitice, a manualului și bibliografiei suplimentare specifice disciplinei de învățământ;

asigurarea relațiilor interdisciplinare;

stabilirea felului de activitate didactică ( teoretică sau practică ), a tipului și structurii lecției și încadrarea într-un sistem de lecții;

stabilirea obiectivelor de specialitate și operaționale;

stabilirea conținutului temei și a conținutului altor verigi ale lecției;

stabilirea adecvată a strategiilor didactice necesare desfășurării lecției și a modului de

desfășurare a activității didactice;

stabilirea timpului pentru fiecare etapă a lecției.

Lecția cuprinde comunicarea de noi cunoștințe, reactualizarea și verificarea cunoștințelor anterioare, aprofundarea și aplicarea cunoștințelor, formarea priceperilor și deprinderilor și se poate desfășura în clasă, cabinet, laboratoare, ateliere școală ( în funcție de dotări, de specificul disciplinelor, de profilul și specializarea pregătirii elevilor, etc. ).

Eficiența unei lecții depinde de claritatea scopului urmărit, alegerea conținutului lecției, alegerea și folosirea unor metode, procedee și mijloace potrivite pentru realizarea sarcinilor urmărite în fiecare parte a lecției, organizarea metodică a lecției și folosirea

intensivă a timpului destinat acesteia, pregătirea psihologică a elevilor pentru lecție.

Uneori este nevoie de mai mult pentru a considera că lecția și – a atins scopul:

consultații didactice ( activități didactice suplimentare în afara orelor din orar, cu caracter

facultativ pentru elevi ), meditații didactice ( activități didactice, relativ obligatorii, programate

în afara orelor din orar, pentru instruire suplimentară ), vizite si excursii de studii ( activități didactice organizate și proiectate sub formă de călătorii și deplasări de studiu, care au ca obiectiv principal aprofundarea cunoștințelor ),

În plus, o altă condiție pentru o lecție reușită este pregătirea profesorului. Pe lângă cunoștințele proprii, cadrul didactic trebuie să întocmească planul calendaristic anual, planul calendaristic semestrial și proiectele lecțiilor.

13.1.1. Contribuția disciplinei la atingerea obiectivelor ciclului de școlarizare

Energia a stat la baza dezvoltării omenirii, și mai apoi, a ajutat la evoluția ei. Încă din cele mai vechi timpuri omul a consumat energie, de la simplul foc și până la energia atomică. Astfel, la început, lemnul era pe primul plan pentru obținerea energiei termice ( necesară pentru procesarea termică a hranei, pentru prepararea apei calde de consum și pentru încălzirea locuințelor pe timp friguros ). Au urmat combustibilii fosili ( cărbuni, petrol și gaze naturale ), exploatarea energiei râurilor și energia atomică. Combustibilii fosili au un impact devastator asupra mediului înconjurător ( gazele de ardere contribuie la subțierea stratului de ozon, la producerea efectului de seră, la încălzirea globală și la poluare, toate acestea având și efecte secundare ). În plus, zăcămintele de combustibili fosili sunt epuizabile. Reacțiile de fisiune nucleară pe lângă energia benefică pe care o produc, dezvoltă radiații nocive pentru oameni și mediul înconjurător. În plus, deșeurile nucleare și chiar materialele rezultate de la dezafectarea reactoarelor nucleare, au o activitate radioactivă nocivă încă o perioadă foarte lungă de timp. Lemnul degajă prin ardere gaze de ardere, dar, pe perioada cât se dezvoltă produce oxigen, care ar contracara acțiunea negativă a gazelor de ardere. Exploatarea potențialului râurilor este benefică chiar și prin alte avantajele secundare pe care le oferă amenajările hidrografice.

Energia solară a fost utilizată încă din cele mai vechi timpuri, chiar dacă pentru captarea ei nu s – au depus eforturi deosebite. Energia solară intervine indirect și în alte tipuri de energii: energia eoliană, energia geotermală, energia mărilor, biogazul, biomasa solidă,

biocombustibilii, care nu sunt poluante, sunt durabile și conferă o largă paletă de conversii în alte forme de energie. De aceea trebuie să se pună accent mai mare în captarea acestor resurse. În plus, valorificarea energetică a deșeurilor urbane ar rezolva și problema depozitării lor, iar

hidrogenul sub formă de gaz combustibil se găsește din abundență pe planeta noastră.

Prin educarea noii generații despre resursele regenerabile de energie, ne așteptăm la un mediu înconjurător mai curat, și de ce nu, la o planetă mai verde pentru urmașii noștri. Aceste beneficii nu se pot obține imediat, ci după mai multe cicluri de școlarizare ( al profesorilor și maiștrilor instructor, al elevilor și al studenților ). Formarea competențelor profesionale ale unui absolvent este asigurată prin instruirea sa complexă și progresivă, pornind de la problemele generale ale profilului spre cele specifice unui grup de meserii.

13.1.2. Structura conținutului disciplinei

O abordare sistemică din partea profesorului necesită predarea cunoștințelor în sisteme închegate, sau grupate în jurul unor concepte, legi, principii cu caracter integrator și ținând seamă de relațiile de subordonare dintre ele.

Profesorul trebuie să analizeze atent conținutul Planului – cadru de învățământ, programa disciplinei pe care o predă ( pe baza ei elaborând schema logică a conținutului obiectului de învățământ ), parcurgând următoarele etape:

identificarea și inventarierea temelor mari și a noțiunilor fundamentale;

punerea acestor teme și noțiuni în relații logice;

identificarea corelațiilor interdisciplinare.

Avantajele de care beneficiază profesorul în urma structurării logice a conținutului disciplinei sunt:

îl ajută să delimiteze foarte bine problemele pe care trebuie să le explice elevilor în cursul anului școlar respectiv;

îl ajută să sesizeze eventualele neconcordanțe dintre programă și manual;

îi permite înțelegerea exactă a logicii didactice adoptată de autorii programei și manualului;

îi permite cunoașterea măsurii în care logica didactică concordă cu logica domeniului

științific respectiv și descoperirea punctelor critice de neadecvare din motive psihopedagogice,

sau metodice;

îl ajută să stabilească ponderea pe care trebuie să o acorde în predarea anumitor teme, cu un grad de relevanță mai mare.

„ Resurse regenerabile de energie ” este un domeniu foarte vast. La nivel liceal ar trebui să se prezinte informații și cunoștințe generale sub forma unui modul studiat pe parcursul claselor a XI – a și a XII – a, la școala postliceală și de maiștri ar fi necesară prezentarea tehnologiilor de executare și montare a instalațiilor de alimentare cu energie regenerabilă, iar la nivel universitar ar fi necesară aprofundarea acestor cunoștințe.

Structura conținutului disciplinei „ Resurse regenerabile de energie ” arată astfel:

Tabel 13.1.

13.1.3. Corelarea cu alte discipline

Pregătirea generală a elevilor în sistemul școlar presupune, în primul rând, cunoașterea și utilizarea corectă a limbii române literare. Acestea asigură lectura și înțelegerea unui text pe orice temă. Prin studiul limbii și literaturii române elevii dobândesc obișnuința cercetării dicționarelor pentru cunoașterea sensurilor diverșilor termeni științifici, chiar și cu precizarea limbii de origine, competențe de comunicare orală și scrisă, formarea unor atitudini și sentimente în relațiile socio – umane.

Cunoștințele cel puțin minime într – o limbă străină, asigură înțelegerea conținuturilor unor prospecte și instrucțiuni de folosire ale aparatelor și echipamentelor de specialitate.

Cunoștințele de matematică ( calcule matematice, geometrie, trigonometrie ) sunt

foarte importante pentru calcule, măsurători de orice fel, determinări de parametri, etc.

Schițele, planurile și reprezentările la scară se realizează valorificând cunoștințele

dobândite la desen tehnic.

Progresul în domeniul informaticii a fost și este deosebit de alert. Acest lucru este un beneficiu pentru orice domeniu de activitate, deoarece programele și softurile de specialitate

oferă rezultate mult mai rapide și mai precise în documentare, concepție, proiectare și programare.

Fizica, prin capitolele ei, asigură informații și cunoștințe despre fenomenele și procesele benefice care pot fi utilizate pentru a dobândi un anumit gen de energie, printr – un anumit mod.

Chimia ajută la înțelegerea structurii și proprietăților substanțelor, la reacțiile care pot interveni între substanțe, astfel încât, alegerea substanțelor care se vor folosi să fie una optimă.

Prin studierea geografiei, se capătă cunoștințe despre relief, terenuri, zone, locuitori și despre fenomenele de pe globul terestru, cunoștințe deosebit de importante în încercarea de a asigura energia pentru umanitate.

Materialele utilizate pentru realizarea construcțiilor și instalațiilor sunt unele specifice, iar cunoașterea acestor proprietăți ne asigură de realizarea unor obiective în concordanță cu cerințele actuale.

Cunoașterea tehnologiilor construcțiilor și instalațiilor este imperios necesară, deoarece

acestea conlucrează împreună.

Prin protecția mediului se încearcă diminuarea efectelor negative asupra mediului înconjurător și păstrarea unei planete curate. Toate aceste negative derivă din activitatea oamenilor.

13.1.4. Organizarea mediului de instruire

Mediul de instruire reprezintă locul unde își desfășoară activitatea profesorul împreună cu elevii, unde se desfășoară lecția: clasă, laboratorul, sau cabinetul de specialitate, atelier de instruire practică, vizite tematice în teren. Suprafața sălii trebuie să fie suficient de mare pentru activitatea în sine: notițe, lucrări scrise și practice, studierea documentelor, manipularea planurilor, desenelor și planșelor, machetelor și pentru acces.

Pentru accesibilizarea informațiilor și pentru o bună desfășurare a procesului instructiv

– educativ, sunt necesare anumite dotări:

● tablă clasică ( cu cretă ), tablă extensibilă, flipchart ( cu marker ), tablă inteligentă,

amplasate ca să asigure o bună vizibilitate din orice direcție;

● videoproiector, retroproiector, ecran, laptop;

● cărți, publicații și reviste de specialitate, cataloage de produse;

● machete, mostre, planșe, schițe, fișe de lucru.

În mod firesc, la începutul fiecărui an școlar în care se introduce un nou obiect de studiu, se planifică o testare inițială a cunoștințelor generale ale elevilor, mai ales ai acelor elevi care vor avea legătură mai mare cu noua disciplină școlară. Testul de evaluare inițial trebuie să cuprindă întrebări, probleme, exerciții din câteva discipline studiate în anii anteriori ( pentru elevii din clasa a IX – a din educație tehnologică ). Conținutul acestui test trebuie să pună în valoare lectura elevilor, diversitatea lecturii, bogăția vocabularului, memorarea, raționamentul, abilitatea în sistemul de calcul matematic, vederea în spațiu, cunoașterea unor principii etice și respectarea lor în mod conștient. În urma verificării testului de evaluare, pe baza baremului de corectare, profesorul formulează câteva concluzii și recomandări pe care le comunică și le dezbate cu elevii. Se apreciază astfel un nivel de pregătire general al elevilor, pe baza căruia vor fi fixate cerințele în noul an de studiu. Cunoașterea acestui nivel de pregătire este necesară în operaționalizarea obiectivelor specifice, în planificarea materiei pe ore / lecții, în stabilirea strategiilor didactice și a instrumentelor de evaluare.

13.2. Proiectarea instruirii pentru unitatea de învățare

Este o etapă în care, prin structurarea logică a conținuturilor de învățare, ne propunem să atingem obiectivelor operaționale. Prin formularea acestora se pot repartiza conținuturilor pe ore, sau lecții, se pot stabili probele de evaluare care trebuie să demonstreze atingerea obiectivelor propuse și se prezintă resursele materiale necesare aplicării strategiei didactice gândite de profesor.

13.2.1. Structurarea conținutului

Structura logică a capitolului 4 „ Valorificarea termică a energiei solare ” cuprinde

nouă subcapitole care vizează identificarea și ierarhizarea tuturor ariilor de conținut, așezarea

lor în relații logice și numerotarea ariilor de conținut ( în ordinea în care vor fi parcurse în

procesul de învățământ ).

Schema conținutului capitolului amintit mai sus arată în felul următor:

Organizarea logică și ordinea parcurgerii elementelor acestui capitol, devin un instrument necesar profesorului în stabilirea obiectivelor operaționale ale predării – învățării acestei teme, în corelarea obiectivelor operaționale cu conținutul temei, în repartizarea

conținutului pe ore / lecții, în stabilirea strategiilor didactice și a instrumentelor de evaluare.

Se poate constata că, în timp ce schema redă logica științifică, numerele de ordine ale ariilor de conținut indică logica didactică, adică respectă niște criterii psihopedagogice și metodice referitoare la particularitățile de vârstă ale elevilor, la nivelul lor de pregătire, la dotarea școlii. Aceste numere pot fi folosite de profesor și ca reprezentând codul sub care poate fi menționată noțiunea respectivă în proiectul de tehnologie didactică.

13.2.2. Formularea obiectivelor operaționale

Obiectivele operaționale rezultă din exprimarea mai precisă și mai concretă a obiectivelor specifice ale disciplinei. Existența mai multor niveluri de exprimare a obiectivelor nu trebuie să provoace rețineri, întrucât aceste niveluri sunt integrate unele în altele și reprezintă trepte necesare de clarificare în stabilirea obiectivelor operaționale care sunt proprii secvențelor de activitate didactică

Prin urmare, activitatea de elaborare a obiectivelor specifice disciplinei se continuă și se particularizează în elaborarea obiectivelor adecvate fiecărei lecții. Necesitatea acestei operaționalizări a obiectivelor cu nivel superior de generalitate este impusă de faptul că formularea prea generală a scopului urmărit printr-o lecție nu permite o evaluare corectă a rezultatelor obținute, a nivelului învățării realizate de elevi și nu e de prea mare folos nici în stabilirea strategiilor didactice adecvate.

Obiectivele operaționale stabilesc, în termeni observabili și măsurabili, modificările cognitive, afective și comportamentale obținute la elevi în urma situațiilor de învățare create de profesor, modificări ce urmează să fie probate de elevi prin executarea unor operații, sau a unor acțiuni. Tocmai de aceea în definirea lor se apelează la „ verbele de acțiune ” de tipul: a exprima, a defini, a descrie, a recunoaște, a comenta, a identifica, a compara, a demonstra, a numi, a rezolva, a calcula, a preciza, a efectua, a clasifica, a experimenta, a nota, a desena, a proiecta, a construi, a reconstitui, a produce, a alege, a convinge, etc.

Definirea obiectivelor operaționale este ușurată prin respectarea unor condiții sau prin

aplicarea unor algoritmi de operaționalizare a obiectivelor specifice ale disciplinei.

Pentru definirea obiectivelor operaționale ale unității de învățare „Valorificarea termică a energiei solare ” am adoptat următorul mod de exprimare: recunoașterea, stabilirea, determinarea, efectuarea, clasificarea, completarea, aplicarea, instalarea, vizarea, verificarea, calcularea, indicarea, explicarea, utilizarea.

Obiective operaționale ( pedagogice ):

Tabel 13.2.

Ierarhizarea și determinarea valorică a obiectivelor:

Tabel 13.3.

13.2.3. Elaborarea probei de evaluare

Proiectarea activității didactice nu se poate considera încheiată dacă nu a fost prevăzut și modul în care se va face evaluarea realizării obiectivelor operaționale ale temei respective.

Evaluarea este precedată de măsurare și presupune câteva operații importante cum sunt: stabilirea scopului măsurării, realizarea măsurării prin instrumente adecvate, prelucrarea și analiza datelor culese și interpretarea sau evaluarea acestor date prin emiterea unor judecăți de valoare.

Definirea obiectivelor măsurării constă în a ne clarifica în legătură cu scopul pentru

care realizăm măsurarea: cunoașterea nivelului inițial, stabilirea nivelului cunoștințelor, sau deprinderilor elevilor la un moment dat, cunoașterea evoluției pregătirii elevilor pe o perioadă de timp, pentru a stimula învățarea.

Oricare ar fi scopurile vizate, conținutul probelor de evaluare trebuie să verifice în ce măsură au fost însușite de către elevi obiectivele operaționale ale temei și cele specifice ale disciplinei.

Raportarea conținutului testelor la fiecare obiectiv în parte furnizează informații în legătură cu calitatea învățării realizată de elev și cu eficiența strategiilor de instruire utilizate, arată dacă am ajuns sau nu la obținerea capacităților vizate de obiectivele urmărite.

Stabilirea conținutului instrumentelor de evaluare nu va fi foarte dificilă dacă am asigurat o bună formulare a obiectivelor, enunțul acestora constituind punctul de plecare în construirea enunțului itemurilor probelor de evaluare.

În esență, activitatea de evaluare constă în compararea nivelului comportamental

realizat de elevi ca efect al învățării și exprimat printr-un produs, cu nivelul comportamental dorit a se realiza și care este formulat prin obiectivele pedagogice.

Un instrument de evaluare se compune din:

testul elevului care reunește itemurile ( sarcinile de rezolvare ) date elevilor;

etalonul de rezolvare care cuprinde răspunsurile corecte, modul cum se acordă punctajul pentru rezolvarea integrală a fiecărui item și punctajul maxim care se poate obține la fiecare item;

etalonul de convertire a punctajelor în note școlare constituit din: datele de convertire și nomograma de convertire.

Instrumente de evaluare pentru tema „ Valorificarea termică a energiei solare ”:

Tabel 13.4.

Etalon de transformare a punctelor în note școlare pentru tema „ Valorificarea termică a energiei solare ”:

Tabel 13.4.

P man =

= = 84

Fișa cumulativă a rezultatelor la probele de evaluare:

Nomograma de convertire:

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

100

( 84; 5 )

13.2.4. Repartizarea conținutului pe ore sau lecții

Corelarea obiectivelor operaționale ale temei „ Valorificarea termică a energiei solare ” cu ariile de conținut și repartizarea conținutului pe ore / lecții:

Tabel 13.5.

13.2.5. Stabilirea și asigurarea necesarului de mijloace didactice

Mijloacele didactice și de învățământ sunt instrumente auxiliare și produse ale tehnicii, ceea ce înseamnă că integrarea lor în procesul de învățământ trebuie să răspundă unei finalități pedagogice. Numai în acest fel un obiect material sau un dispozitiv tehnic devine un mijloc de învățământ.

Utilizarea judicioasă a mijloacelor de învățământ înseamnă, în primul rând, a le folosi astfel încât să contribuie la realizarea obiectivelor urmărite. Se impune astfel ca înainte de a le introduce să reflectăm asupra finalității lor pedagogice imediate și de perspectivă, privitoare la efectele învățării, antrenarea elevului în activitatea de învățare etc. este necesară mai întâi o delimitare cât mai clară a obiectivelor pe care le urmărim în diverse situații, pentru ca, pe această bază, să alegem mijloacele necesare în vederea atingerii acestor obiective. Așadar, a imprima o finalitate pedagogică mijloacelor de învățământ înseamnă a le adapta sarcinilor concrete pe care le urmărim într-o situație oarecare.

Se disting două mari categorii de mijloace de învățământ: mijloace de învățământ care includ mesaj, sau informație didactică ( redau, sau reproduc anumite trăsături, caracteristici, însușiri, etc. ale obiectelor și fenomenelor realității ce constituie mesaj pentru activitatea de învățare, atât pentru formarea unor reprezentări, sau imagini, cât și prin executarea unor acțiuni necesare în vederea formării operațiilor intelectuale – hărți, scheme, diagrame, grafice, tabele sinoptice, fotografii, tablouri, planșe, machete, mulaje, emisiuni radio și TV, internet, discuri, înregistrări pe bandă magnetică, colecții, etc. ) și mijloace de învățământ care facilitează transmiterea mesajelor, sau informațiilor didactice ( nu conțin mesaje didactice, dar ajută și mijlocesc transmiterea acestor mesaje – tabla magnetică, dispozitive automate, etc. ).

Calculatorul prin destinația și funcțiile pe care le poate realiza, constituie un mijloc distinct de învățământ, care nu poate fi încadrat în nici una dintre categoriile enumerate anterior. Introducerea calculatorului și în domeniul educației a impus o nouă viziune pedagogică, cea exprimată cu ajutorul sintagmei „ informatizarea învățământului ”. Prin conectarea la alte mijloace tehnice audiovizuale, calculatorul conferă noi valențe în desfășurarea lecțiilor.

Internetul ca mijloc de educație non – formală oferă avantaje importante ( de care nu ne – am putut bucura și folosi în trecut ), dintre care accesul rapid la informație este de o importanță incomensurabilă. În plus, internetul stimulează interesul pentru cunoaștere și formează deprinderi în ați căuta singur informația dorită.

Necesarul mijloacelor de învățământ pentru tema „ Valorificarea termică a energiei solare ”:

Tabel 13.6.

13.3. Proiectarea lecției

Este o activitate de anticipare amănunțită a ceea ce urmează să realizeze profesorul în mediul de instruire ( clasă, laborator, cabinet de specialitate, în teren ), dându-i posibilitatea acestuia să adapteze prezentarea conținuturilor și atingerea obiectivelor în funcție de resursele materiale ale școlii, dar și de resursele cognitive ale grupului de elevi dintr-o clasă dobândite anterior, sau la o altă disciplină.

Proiectul de lecție trebuie să precizeze tipul de clasă la care se predă disciplina, numărul de elevi, locul de desfășurare a activității și denumirea disciplinei.

La începutul Proiectului de lecție trebuie specificat titlul lecției, după care proiectul este susținut de următoarele piese:

Necesitatea studierii temei – elevului i se motivează importanța temei prezentate în contextul disciplinei.

Structurarea logică a conținutului lecției – se prezintă conceptele de bază și legătura dintre ele, se numerotează ariile de conținut în ordinea folosirii lor.

Dobândirea cunoștințelor ce intervin în tema nouă. Se testează experiența anterioară de învățare a elevilor și se prezintă resurse materiale ce asigură o percepție mai bună a informațiilor, resurse ce fac legătura de la noțiuni abstracte la imagini concrete.

Obiectivele operaționale ale lecției ținând cont de capacitatea care se formează prin învățare, comportamentul prin care este probată capacitatea, condiții de probare, criteriul de realizare.

Formularea probei de evaluare cu specificarea obiectivului ce se urmărește a se realiza, conținutul itemului, timpul de realizare, punctajul maxim / minim.

Desfășurarea lecției cu marcarea etapelor de instruire, timpului necesar fiecărei etape,

ariile de conținut, metodelor și mijloacelor de învățământ folosite, organizarea activității pe profesor și elev la clasă. Trebuie parcurse următoarele momente: captarea atenției, reactualizarea cunoștințelor anterioare necesare noii învățări, prezentarea titlului lecției și a obiectivelor propuse, prezentarea noilor conținuturi sub forma ariilor de conținut folosind metode și mijloace didactice adecvate, realizarea feede – back – ului prin verificarea recepționării noilor informații, evaluarea performanței, comunicarea temei pentru munca individuală a elevului acasă.

Anexe – eventuale fișe de lucru, scheme, planuri, tabele, pliante, etc.

13.3.1. Proiectarea activității didactice cu tema „ Materiale folosite pentru construcția captatorului plan ”

Unitatea școlară – Colegiul Tehnic „ Dimitrie Dima ” – Pitești

Profilul: Construcții

Specializarea: Tehnician instalator pentru construcții

Clasa a XI – a, număr de elevi – 26

Data: Ora:

Mediul de instruire – cabinet de instalații

Profesor:

Tema: Valorificarea termică a energiei solare

Lecția: Materiale folosite pentru construcția captatorului plan

• Necesitatea studierii temei: cunoștințele dobândite sunt necesare pentru montarea, racordarea la instalație, exploatarea și repararea captatorului plan.

• Structurarea logică a conținutului lecției: enumerarea materialelor folosite pentru fiecare componentă a captatorului plan, precizarea caracteristicilor și proprietăților fiecărui material în parte, avantajele și dezavantajele folosirii acestor materiale, modalități de prelucrare și îmbinare a materialelor de mai sus.

• Dobândirea cunoștințelor: elevii au cunoștințe generale despre materialele folosite, de la studiul materialelor și de la chimie.

• Obiectivele operaționale ale lecției:

-să cunoască materialele utilizate la construcția captatorului plan,

-să specifice caracteristicile și proprietățile fiecărui material în parte,

-să precizeze avantajele și dezavantajele folosirii acestor materiale,

-să prelucreze și să îmbine materialele de mai sus.

• Formularea probei de evaluare:

• Desfășurarea lecției:

13.3.2. Proiectarea activității didactice cu tema „ Captatoare cu concentrarea radiației ”

Unitatea școlară – Colegiul Tehnic „ Dimitrie Dima ” – Pitești

Profilul: Construcții

Specializarea: Tehnician instalator pentru construcții

Clasa a XI – a, număr de elevi – 26

Data: Ora:

Mediul de instruire – cabinet de instalații

Profesor:

Tema: Valorificarea termică a energiei solare

Lecția: Captatoare cu concentrarea radiației

• Necesitatea studierii temei: cunoștințele dobândite sunt necesare pentru amplasarea, montarea, racordarea la instalație, exploatarea și repararea captatoarelor cu concentrarea radiației.

• Structurarea logică a conținutului lecției: clasificarea, alcătuirea, funcționarea, amplasarea, montarea, racordarea, exploatarea, repararea captatoarelor cu concentrarea radiației, materiale de execuție.

• Dobândirea cunoștințelor: elevii au cunoștințe generale despre captatoare și de materialele folosite la execuția captatoarelor.

• Obiectivele operaționale ale lecției:

-că clasifice captatoarele cu concentrarea radiației,

-să cunoască alcătuirea și funcționarea acestor captatoare,

-să precizeze modurile de amplasare, montare și racordarea a captatoarele cu concentrare,

-să specifice modul de exploatare și reparare a captatoarele cu concentrarea radiației,

-să cunoască materialele folosite la confecționarea captatoarelor cu concentrarea radiației.

• Formularea probei de evaluare:

• Desfășurarea lecției:

13.4. Aspecte metodice privind activitatea educativă cu elevii

Termenul „ educație ” are înțelesul de „ influențarea sistematică și conștientă a dezvoltării intelectuale, morale, sau fizice a copiilor și a tineretului, incluzând totalitatea metodelor folosite în vederea acestei activități pedagogice ”. Etimologic, cuvântul provine din cuvântul francez „ éducation ”, care are la bază termenul „ educatio, – onis ” din latina literară, cu sensul de a crește, a îngriji, a conduce de la o stare la alta.

Educația este o acțiune sistematică exercitată de adulți asupra copiilor și adolescenților, cu scopul de a – i pregăti pentru viața pe care vor trebui și vor putea să o trăiască într – un mediu dat.

Din antichitate și până astăzi marii gânditori au considerat că educația este esențială pentru evoluția unui om, sau a unui popor. „ Omul nu poate ajunge om decât prin educație ” spunea marele filosof Immanuel Kant.

Fiind un proces complex de formare și de pregătire a omului pentru viața socială din toate punctele de vedere, educația are un caracter permanent, se adresează tuturor vârstelor și urmărește crearea unei atitudini motivaționale pozitive față de autoinstruire și de autoeducație.

Educația vizează o finalitate. De aceea sunt selecționate valorile ce urmează a fi transmise, sunt alese metodele și mijloacele cele mai potrivite, se asigură o organizare corespunzătoare a activității, procedându – se în conformitate cu o anumită comandă socială și respectându – se anumite principii și norme.

Finalitățile acțiunii educaționale pot fi sintetizate astfel:

► idealul educațional, concretizat în tipul de personalitate solicitat de condițiile sociale ale unei etape;

► scopul, ca o anticipare pe plan mintal a desfășurării și a rezultatelor ce urmează a fi dobândite; el vizează finalitatea unui complex de acțiuni determinate ( ex. formarea sentimentelor de respect față de alții și față de sine, respectul față de muncă, formarea deprinderilor și obișnuințelor igienico – sanitare, etc. );

► obiectivul educațional, care este o reflectare anticipată a rezultatului învățării ( actului educativ ), ce se produce în cadrul unei secvențe educaționale, concentrându – se asupra rezultatului la care va trebui să se ajungă și care va putea fi detectat, măsurat și evaluat.

În activitatea educațională, pedagogii, profesorii, diriginții se ghidează după ideea că „ un lucru bine făcut ” este rezultatul „ unui proiect bine gândit ”. Un astfel de proiect sintetizează patru întrebări esențiale, aflate în următoarea ordine:

Ce voi face?

Cu ce voi face?

Cum voi face?

Cum voi ști dacă ceea ce trebuia făcut a fost făcut?

Cele patru răspunsuri vor contura etapele proiectării didactice. Prima cerință vizează obiectivele educaționale, care trebuie fixate și realizate. A doua cerință trimite către resursele educaționale de care dispune, sau trebuie să dispună educatorul. A treia cerință cere un răspuns concret privind stabilirea unei strategii educaționale, coerente și pertinente, pentru atingerea scopurilor. A patra cerință pune problema conturării unei metodologii de evaluare a eficienței activității desfășurate.

Elementul central în realizarea proiectării didactice este programa școlară, care cuprinde reperele teoretice ale orei de dirigenție. Aceste repere dau marea și dorita libertate de a crea și dezvolta proiecte. Este o muncă dificilă, de documentare, de inovație, dar, mai ales, este un exercițiu de libertate didactică pe care nu o au alte obiecte de studiu.

Educația urmărește formarea personalității umane și se realizează la niveluri și zone diferite în funcție de obiectivele vizate: educație intelectuală, educație morală, educație estetică, educație fizică, educație profesională, educație sanitară, educație sexuală, etc. Factorii importanți în procesul de educație sunt: literatura, arta, mass – media, opinia publică, etc.

Activitatea dirigintelui este deosebit de complexă, deoarece ea nu se reduce doar la ora de consiliere și orientare, stabilită prin Planul Cadru de Învățământ, ci cuprinde totalitatea acțiunilor și operațiunilor care vizează obiective și sarcini precise, atât la nivel de clasă, cât și la nivel școlar și extrașcolar.

Majoritatea orelor de consiliere se bazează sub aspect metodic pe conversație, dialog deschis cu clasa abordându – se teme diferite specifice vârstei de la clasa a IX – a și până la clasa a XII – a ( în cadrul liceului ).

În atenția profesorului – diriginte se află următoarele componente ale activității de orientare și consiliere:

Sub îndrumarea dirigintelui, elevii trebuie să – și dezvolte atât limbajul conversațional, cât și abilitățile practice în realizarea unor lucrări care să demonstreze gustul estetic, bucuria creației și utilitatea lucrului bine făcut. Prin activitățile și acțiunile extra – clasă se urmărește realizarea unității grupului, dar și lărgirea orizontului de cunoaștere, asumarea responsabilității acțiunilor proprii și acționarea în conformitate cu împrejurarea dată, ca și dezvoltarea spiritului organizatoric și al inițiativei.

În cadrul Colegiului Tehnic Dimitrie Dima Pitești, munca educativă se desfășoară atât la nivelul unității de învățământ, cât și la nivel municipal ( cercului metodic al diriginților ).

La nivelul unității de învățământ s – au organizat o serie de activități:

● cu prilejul Sărbătorilor de Crăciun și Anul Nou s – a prezentat lecția deschisă cu tema „ Datini și obiceiuri la români ”, în care elevii au împodobit bradul de Crăciun, au cântat colinde, au aprins lumânări și artificii, și – au amintit de sărbătorile petrecute la bunici când erau copii, așteptându – l pe Moș Crăciun încărcat de daruri. Atmosfera a fost de sărbătoare, invitații fiind impresionați de trăirea afectivă a elevilor și de varietatea obiceiurilor prezentate.

● dedicate ecologiei și mediului cu titlul „ Un mediu curat, o viață curată ”, respectiv

„ Educația pentru mediu ”. Informațiile despre poluare și efectele ei devastatoare, despre combustibilii fosili și efectul de seră și despre energiile alternative, au sensibilizat elevii, care și – au pus problema unui mediu mai curat și mai verde.

● consacrate Zilelor Colegiului ( 26 – 27 octombrie ), având la bază sărbătoarea Sfântului Dumitru din calendarul creștin – ortodox . Amplele manifestări au cuprins sesiuni de comunicări pe diferite teme, concursuri de cultură generală, întreceri sportive, etc.

● dedicate designului vestimentar și artei aranjării florilor ( IKEBANA ), prin expoziții tematice și ateliere de lucru.

● cu prilejul tradițiilor zonale ( Focul lui Sumedru, Halloween ), unde elevii își dovedesc creativitatea în realizarea unor măști din dovleci, sau costume specifice.

● referitoare la campania „ Dăruind vei dobândi ”, prilej cu care icoane pe suport de sticlă și piatră, alimente, îmbrăcăminte și jucării au fost donate.

● consacrate unor probleme actuale, cu temele „ Spune NU! Violenței ” și „ Sida – o provocare la solidaritate ”. Înțelegând semnificația celor două mesaje elevii s – au documentat, au selectat materialele cele mai expresive, au compus mesaje mobilizatoare pentru prevenirea acestor situații și au realizat un panou de prezentare a ceea ce înseamnă pentru omenire virusul HIV și boala SIDA.

● cu specific cultural – artistic, prin vizionarea unor piese de teatru și a unor concerte simfonice.

● de descoperire a frumuseților zonei și a obiectivelor turistice, istorice, religioase, culturale, prin excursii – tematice la sfârșit de săptămână, sau în vacanțe.

● dedicate profilului unității de învățământ cu tema „ Poluarea estetică ” – cu privire la arhitectura orașului Pitești, prin care elevii au realizat un album cu fotografii ale clădirilor vechi păstrate până acum, dar și cu acele clădiri distruse pentru modernizarea centrului municipiului nostru.

● pentru cunoașterea condițiilor de muncă specifice domeniului Construcții, prin vizite la unitățile partenere din acest domeniu.

● dedicate consilierii și orientării celor care vor să – și continue studiile după absolvirea liceului. S – au organizat vizite la cele două universități din oraș și la Unitățile de Școlarizare ale Armatei. Reprezentanți ai diferitelor universități ( chiar și din alte orașe ), ai Ministerului Afacerilor Interne și ai Ministerului Apărării Naționale și – au prezentat ofertele de școlarizare în cadrul unității de învățământ. Mulți elevi au participat la sesiunile de comunicări organizate de universitățile din Pitești, ultima participare fiind la „ Noaptea cercetătorilor ”, unde mai multe institute de cercetare și – au prezentat activitatea.

● consacrate curiozităților din întreaga lume, cu titlurile: „ Curiozități istorice ”,

„ Curiozități arhitecturale ”, „ Curiozități geografice ”, „ Curiozități tehnice ”, etc. Manifestările au stârnit un real interes în rândul elevilor.

Proiectarea activității didactice cu tema „ Universitățile – loc de formare profesională ”

Unitatea școlară – Colegiul Tehnic „ Dimitrie Dima ” – Pitești

Profilul: Construcții

Specializarea: Tehnician instalator pentru construcții

Clasa a XII – a, număr de elevi – 26

Data: Ora:

Mediul de instruire – sala de clasă

Profesor:

Disciplina – Orientare și consiliere

● Necesitatea studierii temei – cunoașterea de către elevi a ofertelor educaționale din învățământul superior, astfel încât aceștia să – și poată continua pregătirea începută în anii de liceu într – un domeniu solicitat pe piața muncii.

●Structurarea logică a conținutului lecției este următoarea:

● Obiective:

– să cunoască universități, facultăți și specializări profesionale,

Obiective cognitive: – să distingă între ceea ce vor, ce pot și ce trebuie,

– să înțeleagă dinamica pieței muncii.

Obiective afectiv – emoționale: – să coreleze aptitudinile personale cu cerințele

aptitudinale ale profesiei alese.

Obiective volitiv – caracteriale: – să adopte decizii motivate în alegerea profesie.

● Desfășurarea lecției:

Proiectarea activității didactice cu tema „ Alcătuirea și funcționarea captatorului plan ”

Unitatea școlară – Colegiul Tehnic „ Dimitrie Dima ” – Pitești

Clasa a XI – a

Profilul: Construcții

Specializarea: Tehnician instalator pentru construcții

Data: Ora:

Profesor:

► Obiectivele lecției:

-să recunoască părțile componente ale captatorului solar plan cu apă,

-să precizeze modul de funcționare al captatorului solar plan cu apă,

-să identifice părțile componente ale captatorului solar plan cu aer,

-să prezinte modul de funcționare al captatorului solar plan cu aer.

► Tipul lecției: mixtă

► Metode și procedee didactice: expunerea, explicația, conversația, dezbaterea, analiza, comparația, problematizarea, demonstrația, aplicația, sinteza,

► Mediul de instruire: cabinetul de instalații

► Mijloace de învățământ: tabla, machete ( M2 – macheta captatorului plan cu apă, M3 – macheta captatorului plan cu aer ), laptop, videoproiector, ecran, CD3 – funcționarea captatorului plan cu apă și a captatorului plan cu aer, schițe, planșe.

► Desfășurarea lecției:

14. CONCLUZII

În domeniul energiei s – au produs schimbări profunde, atât în ceea ce privește resursele de energie și modurile lor de conversie pentru a obține o energie facilă, cât și în ceea ce privește consumul de energie.

În condițiile economiei de piață, numeroase firme ( străine, dar și autohtone ) au contribuit la ridicarea standardelor de calitate și în domeniul energetic prin:

► creșterea randamentului de obținere a energiei din resurse convenționale;

► îmbunătățirea captării, extragerii și exploatării zăcămintelor de combustibili fosili;

► cercetare, producere și comercializare de aparatură care să consume din ce în ce mai puțină energie;

► exploatarea resurselor neconvenționale de energie și sporirea eficienței conversiei acestor resurse;

► abordarea de noi resurse inepuizabile de energie.

Domeniul resurselor regenerabile de energie este foarte vast. În același timp, este și

foarte nou, chiar dacă multe dintre aceste resurse au fost utilizate din cele mai vechi timpuri.

De abia în epoca modernă s – a pus accent pe resursele regenerabile de energie, din mai multe motive:

de curând există cunoștințele și tehnologiile de conversie a anumitor resurse de energie ( știința și tehnologia au evoluat și evoluează în continuare, contribuind la lărgirea posibilităților de utilizare a resurselor regenerabile de energie;

prin ardere, combustibilii fosili au un efect devastator asupra mediului înconjurător;

în urma evaluării zăcămintelor de combustibili fosili, s – a ajuns la concluzia ( realistă de altfel ) că acestea sunt epuizabile mai devreme, sau mai târziu.

Viitorul planetei ( și implicit al țării noastre ) e descris de acțiunile noastre zilnice.

Având în vedere că beneficiile și necesitatea folosirii energiilor regenerabile este o chestiune relativ recentă, se impune și mediatizarea acestei probleme. Nu este suficient să faci reclamă la tehnologiile și echipamentele care convertesc energiile regenerabile în energii benefice omului, ci este necesar să educi omul. Educația începe și se face pe băncile școlilor. De la o vârstă fragedă copii trebuie obișnuiți cu necesitatea și profitul care se pot dobândi de pe urma exploatării resurselor regenerabile de energie. Cu înaintarea în vârstă, copii vor privi acest domeniu ca ceva firesc, natural. Asta ar fi un beneficiu incomensurabil pentru omenire și pentru mediul înconjurător. În stadiul actual, în școli, prea puțin se studiază aceste probleme. Referirile la câștigul rezultat de pe urma exploatării energiilor regenerabile și excluderii combustibililor fosili sunt prea puține în programa școlară. Mai mult, în programa școlară nu s – a introdus încă în amănunțime cunoașterea tehnologiilor, materialelor și echipamentelor care s – ar putea utiliza în exploatarea energiilor regenerabile. Astfel de cunoștințe ar fi deosebit de favorabile în activitatea absolvenților de liceu ( îndreptarea spre continuarea studiilor în domeniul energiilor regenerabile, sau un domeniu conex, implicarea în implementarea și dezvoltarea tehnologiilor și echipamentelor specifice, răspândirea de informații pentru a câștiga interesul public ). În acest sens, este necesară o restructurare a învățământului tehnic la toate nivelurile, destinat să asigure pregătirea temeinică a viitoarei forțe de muncă în acest domeniu nou. Nu sunt suficiente doar informațiile, ci și persoanele cu experiență care să predea aceste cunoștințe ( profesori ingineri și maiștri instructori ). Procesul de implementare a noilor cunoștințe și informații este unul destul de lent și de lung:

● intervine durata de școlarizare a elevilor;

● profesorii ingineri și maiștrii instructori au nevoie de o perioadă destul de lungă pentru a se specializa, la care se adaugă timpul necesar câștigării experienței.

De aceea, cu cât mai repede se pun bazele procesului de instruire de mare anvergură în domeniul energiilor regenerabile, cu atât mai repede vom beneficia de cunoștințele din acest domeniu și mai mult, de rezultatele acestor cunoștințe, adică de energie nepoluantă.

Profesorii și maiștrii instructori au o mare responsabilitate în formarea viitorilor absolvenți, care trebuie să fie competitivi pe piața forței de muncă, mai ales în condițiile unei concurențe din ce în ce mai mari.

O importanță deosebită o au și anumite materii conexe de studiu, cum ar fi: fizica, matematica, chimia, studiul materialelor, desenul tehnic, geografia, tehnologia informației și comunicațiilor, tehnologia construcțiilor și instalațiilor, limba română și chiar limbile moderne, pentru dobândirea unor temeinice și vaste cunoștințe despre energiile regenerabile. Totodată, fără un progres deosebit al științelor de mai sus, nu ne putem aștepta la o dezvoltare importantă a domeniului resurselor regenerabile de energie.

Omenirea a ajuns în etapa actuală prin evoluție. Tot prin evoluție vom putea beneficia

de o planetă verde și curată. Evoluția se referă la cercetare aprofundată în toate domeniile,

astfel încât poluarea să se diminueze și chiar să dispară, iar energiile pe care le von utiliza să fie unele nepoluante. Evoluție înseamnă ca în fiecare zi să faci un pas înainte.

Prin tema abordată în prezenta lucrare, s – a încercat o lărgire a orizontului cunoașterii, atât în ceea ce privește poluarea și protecția mediului înconjurător, rezultatele nefaste ale folosirii combustibililor fosili, cât și în ceea ce privește utilizarea resurselor regenerabile de energie ca o alternativă la resursele clasice de energie. Lucrarea este structurată astfel:

introducere în care se prezintă repercursiunile combustibililor fosili asupra mediului înconjurător, beneficiile energiilor regenerabile și politica Uniunii Europene în energetică;

o monografie a municipiului Pitești în care se prezintă localitatea, modurile de asigurare a energiei necesare, posibilități de extindere a alimentării cu energie din surse noi de energie și prezentarea Colegiului Tehnic „ Dimitrie Dima ”;

mai multe capitole în care se prezintă informații despre diferite resurse regenerabile de energie care ar putea fi exploatate (energia eoliană, energia solară termică și fotovoltaică, biomasa, energia geotermală, energia hidraulică, hidrogenul;

studiu economic de caz în care se face o comparație între alimentarea cu două tipuri de

energie electrică, de la Sistemul Energetic Național și produsă cu ajutorul panourilor fotovoltaice;

aspecte metodice privind predarea unui modul care se referă la energiile regenerabile;

glosar de termeni;

bibliografie.

În viitor se impune imperios reducerea, înlăturarea și chiar interzicerea folosirii combustibililor cu efect negativ asupra mediului înconjurător. Acest lucru impune utilizarea unor resurse de energie curate, nepoluante și durabile. La ora actuală, necesarul de energie al omenirii încă nu se poate asigura în totalitate din resurse regenerabile de energie, dar se fac pași importanți în acest sens. Cercetători și institute de cercetare de pe toate continentele lucrează pentru a găsi soluții la problemele de mai sus.

Toate cunoștințele și descoperirile ar trebui gestionate de tehnocrați, nu de politicieni. Specialiștii cunosc mai bine prioritățile modul de implementare al cunoștințelor tehnice și ar putea administra cu mai mult succes un buget alocat anterior.

Mai presus de toate, energia obținută din orice sursă trebuie să asigure dezvoltarea și prosperitatea omenirii, trebuie să fie folosită în scopuri constructive și nicidecum distructive.

15. GLOSAR DE TERMENI [ 39 ], [ 40 ], [ 47 ], [ 57 ]

A Absorbție – fenomen fizic prin care un corp lichid, sau solid, încorporează prin difuzie din afară o substanță oarecare.

Actinometrie – capitol al fizicii care se ocupă cu măsurarea și studiul radiațiilor electromagnetice ( solare, terestre, atmosferice ).

Albedo – mărime care indică fracțiunea din energia luminoasă incidentă radiată în mod difuz de un corp.

Altitudine – înălțime a unui punct de pe suprafața Pământului, considerată în raport cu nivelul mării, sau față de alt punct de pe suprafața terestră.

Alveolar – cu alveole ( scobituri, cavități ).

Ampenaj – organ de stabilizare și de comandă, format din planuri fixe și mobile.

Amorf – care nu prezintă o structură cristalină, regulată.

Anod – electrod pozitiv al unei pile electrice, al unui aparat de electroliză.

Antroponim – nume de persoană.

B Brazare – operație tehnologică de lipire a unor piese folosind un material de adaos metalic, fuzibil la temperaturi peste 400° C. Suprafețele joncțiunii nu sunt aduse la plasticizare sau topire, doar aliajul de lipit fiind adus la starea fluidă.

C Catod – electrod negativ al unei pile electrice, al unui aparat de electroliză.

Certificat verde ( Certificat de energie regenerabilă în SUA ) – un produs comercializabil care dovedește că o cantitate de 1 MWh de energie electrică este generată prin utilizarea surselor regenerabile de energie.

Ciclu termodinamic – totalitatea stărilor prin care trece un sistem termodinamic în cursul unor transformări, începând de la o anumită stare și până când revine la aceeași stare.

Clinometru – instrument care servește la măsurarea unghiurilor în plan vertical față de

orizont, a unghiurilor zenitale față de verticala unui loc, a unghiului format de un strat

geologic, sau de suprafața Pământului cu un plan orizontal.

Cogenerare – modalitatea prin care din combustibili se obține cu eficiență foarte ridicată energie electrică și calorică.

Conducție ( conductibilitate ) – denumire dată fenomenului de trecere a curentului electric și a celui de transmitere a căldurii prin masa unui corp.

Convecție – transmiterea căldurii cu ajutorul curenților de fluid naturali sau artificiali.

D Deferlare – acțiunea de a deferla și rezultatul ei ( căderea crestelor de val înainte, ca urmare a faptului că valul întâlnește un obstacol, deferlaj ).

Diatermie – ridicarea temperaturii cu ajutorul curenților de înaltă frecvență.

Difracție – mod de propagare a undelor de lumină, radio, acustice etc. în spatele unui obstacol, prin ocolirea marginilor lui și prin abaterea aparentă de la traiectoria rectilinie.

Difuzie ( difuziune ) – împrăștierea în toate direcțiile a razelor unui fascicul de lumină, a undelor de radio etc. care trec printr-un mediu translucid, sau care se reflectă când întâlnesc o suprafață cu asperități.

Durabil – care durează ( de ) mult timp, trainic, rezistent, viabil.

E Ecartament – distanță care separă cele două roți de pe aceeași osie a unui vehicul rutier, a șinelor unei căi ferate.

Electrolit – compus chimic care, prin dizolvare, sau prin topire, se disociază, scindându-se în ioni, și care conduce curentul electric prin transportul acestor ioni.

Electroliză – descompunerea unui electrolit cu ajutorul curentului electric.

Epicentru –punct de pe suprafața Pământului, situat deasupra focarului unui cutremur de pământ, unde intensitatea zguduirii este maximă.

Epuisment – îndepărtare cu pompele a apei.

Exoterm – ( despre procese fizice sau chimice ) care se produce cu degajare de căldură.

F Faună – totalitatea speciilor de animale de pe glob, dintr-o regiune, dintr-o epocă geologică.

Fezabilitate – caracter realizabil al unui lucru.

Fosil – rest, sau urmă a unui animal sau a unei plante, dintr-o epocă geologică anterioară celei actuale, conservată în straturile pământului.

Foton – particulă elementară a radiației electromagnetice care posedă energie și impuls și care nu poate exista în stare de repaus.

Fotosenzor – dispozitiv ( ultrasensibil ) care sesizează un anumit fenomen ( lumina ).

Fotosinteză – proces fiziologic prin care plantele verzi sintetizează substanțele organice din bioxid de carbon și apă cu ajutorul luminii solare absorbite de clorofilă și eliberează oxigen.

Freon – compus organic al fluorului utilizat în special ca agent frigorific.

I Ihtiologie – ramură a zoologiei care se ocupă cu studierea peștilor.

Incidență – întâlnirea unor raze ( sau a unor fascicule de raze ) de lumină între ele, sau cu o suprafață.

Inhibitor – substanță care poate încetini, sau împiedica un proces fiziologic, o reacție chimică.

Ion – atom, moleculă, sau grupare de atomi care are un exces de sarcină electrică pozitivă sau negativă.

Ionizare – proces fizic al cărui rezultat este formarea de ioni ( atomii câștigă sau pierd electroni ).

Izotop – ( atom, nucleu atomic ) care are același număr de ordine ca și alt atom, ori nucleu atomic, dar care diferă de acesta prin masa atomică.

J Joncțiune – zonă de contact între două regiuni cu mecanisme diferite de conducție ale unui semiconductor, între doi semiconductori, sau între un metal și un semiconductor.

L Latitudine – poziția în grade a unui punct de pe glob, sau a unui astru față de un plan ecuatorial de referință.

Lester ( Russell ) Brown ( n. 1934 ) – analist de mediu care a scris mai multe cărți pe tema problemelor globale de mediu.

Lichefiere – ( despre corpuri gazoase ) care a fost adus în stare lichidă, care a devenit lichid.

M Monocristalin – cristal cu atomii și moleculele dispuse într-o rețea cristalină spațială neîntreruptă.

N Nacelă – cabină metalică închisă în care se află echipamentul.

Nebulozitate – gradul de acoperire cu nori a bolții cerului, starea cerului acoperit de nori.

Neutrino – particulă elementară neutră, stabilă, cu masa foarte mică.

Neutron – particulă elementară neutră din nucleul atomului, lipsită de sarcină electrică, cu masa puțin mai mare decât cea a protonului.

Nonpoluant – care nu produce efecte poluante asupra mediului înconjurător, nepoluant.

O Offshore – din vecinătatea coastei, depărtat de țărm, din larg.

Off grid – în afara rețelei.

Onshore – de coastă, spre coastă.

On grid – conectat la rețea.

Oropedoclimatic – referitor la condițiile de relief, sol și de climă.

Opac – prin care nu poate trece lumina, lipsit de transparență.

Osmoză – trecerea unui solvent printr-o membrană semipermeabilă, care separă două soluții de compoziții, sau concentrații diferite. Are loc un transfer de molecule de apă dinspre lichidul cu concentrație mai mică de ioni spre lichidul cu concentrație mai mare de ioni, până când concentrațiile celor două lichide devin egale.

Osmoză inversă – aplicarea unei presiuni mai mari soluției concentrate, presiune mai mare decât presiunea osmotică. Apa din lichidul mai concentrat va trece fără săruri prin membrană în soluția mai puțin concentrată, pierzându – și salinitatea.

Ozon – corp gazos de culoare albăstruie, cu miros caracteristic, a cărui moleculă se compune din trei atomi de oxigen, care se găsește în natură sau se poate obține prin descărcări electrice în aer.

P Peren – durabil, persistent, rezistent, trainic.

Permeabil – care permite trecerea lichidelor sau gazelor.

Pesticid – substanță chimică cu toxicitate mare folosită în agricultură pentru distrugerea dăunătorilor.

Placă tectonică – bucată foarte mare a scoarței terestre, totalitatea plăcilor formând suprafața Terrei.

Plasmă – substanță gazoasă puternic ionizată, ale cărei proprietăți fizice sunt determinate de existența ionilor și a electronilor în stare liberă.

Pluviometric – referitor la precipitații.

Policristalin – care este format din mai multe cristale.

Portic – spațiu, delimitat pe cel puțin una dintre laturi de o suită de coloane unite între ele prin arcade, intrare într-o clădire, alee acoperită.

Presiune osmotică – presiunea care trebuie aplicată unei soluții pentru a împiedica trecerea solventului în sensul natural de difuzie printr-o membrană semipermeabilă.

R Radiație – ansamblu de unde, sau de particule emise de un corp.

Radiație electromagnetică – sau undă electromagnetică, fenomen fizic în general natural, care constă dintr – un câmp electric și unul magnetic în același spațiu, și care se generează reciproc pe măsură ce se propagă.

Radiație difuză – reprezintă partea din radiația solară directă care ajunge la suprafața terestră, din toate direcțiile, după ce a fost difuzată de către moleculele gazelor componente ale atmosferei și de particulele solide și lichide aflate în suspensie.

Radiație directă – reprezintă partea din radiația solară care ajunge pe suprafața terestră nemodificată, sub forma unui fascicul de raze paralele.

Rază incidentă – rază de lumină care cade pe suprafața unui corp, sau pe suprafața care separă două medii.

Reflectare – reflexie, oglindire ( fenomen de reîntoarcere parțială a luminii, a sunetului, a radiațiilor în mediul din care au venit, atunci când întâlnesc o suprafață de separare a două medii ).

Refracție – fenomen de abatere a direcției de propagare a unei unde, a unei radiații, sau a unui corpuscul, când aceștia întâlnesc suprafața de separație a două medii diferite.

Regenerativ – care se poate regenera, regenerabil.

Reziliență – proprietatea unui metal, sau aliaj de a rezista la șocuri.

S Schit – mănăstire mică, sau așezare călugărească situată într-un loc retras.

Sexagesimal – care are la bază raportul dintre unu și șaizeci, care împarte un întreg în șaizeci de părți egale.

Silvostepă – zonă de tranziție între pădure și stepă, în care predomină vegetația ierboasă și arborii scunzi și rari.

Specular – care răsfrânge lumina.

Stavilă – element de construcție care servește la închiderea, sau deschiderea apei într-o lucrare hidrotehnică.

Stăvilar – construcție de lemn, de beton, sau de fier înălțată transversal pe cursul unei

ape curgătoare, servind la reglarea nivelului apelor din amonte cu ajutorul stavilelor, baraj, zăgaz.

T Translucid ( semitransparent ) – care este parțial transparent, putând fi străbătut de un fascicul de radiații electromagnetice, mai ales de un fascicul de raze de lumină, pe care le împrăștie parțial, astfel încât, privind prin corpul, sau mediul respectiv, nu pot fi distinse contururile sau detaliile obiectelor aflate de partea opusă.

Teracotă – produs ceramic fabricat prin arderea argilei.

Topoclimat – climă determinată de condițiile geografice ( de relief ) locale.

Toponim – nume topic ( de locuri, de localități, de munți ).

U Ultrasonic – referitor la ultrasunete, ultrasonor ( ultrasunetul este o undă acustică având o frecvență foarte înaltă care depășește puterea de percepere a urechii omului.

Undă – mișcare ( ușor ) oscilatoare într-un mediu oarecare.

V Vcc – volt curent continuu.

Vca – volt curent alternativ.

Viabil – care prezintă condițiile, calitățile necesare pentru a dura, a se menține, a se dezvolta.

W Wafer – plăcuță semiconductoare din material foarte pur și monocristalin, folosită în fabricarea circuitelor integrate, a celulelor solare și a altor microdispozitive.

Watt crête – Wc, sau watt Peak – Wp – unitate de măsură care reprezintă puterea

maximă a unui dispozitiv ( crête în franceză și Peak în engleză înseamnă vârf, creastă, apogeu, culme.

We – watt electic.

Wt – watt termal.

16. BIBLIOGRAFIE

[ 1 ] Amjahdi, M.; Lemale, J. Energia solară termică și fotovoltaică. București: Editura MATRIX ROM, 2012. ( 7, 31 – 35, 54, 59 )

[ 2 ] Avramescu, A.; Cartianu, P. Energetica mondială în perspectiva sfârșitului de mileniu. București: Editura Academiei Republicii Socialiste România, 1985. ( 307, 308 )

[ 3 ] Badea, A.; Necula, H. ( coordonatori ). Surse regenerabile de energie. București: Editura AGIR, 2013. ( 9, 14, 41 – 47, 58, 42,43, 45, 46, 161, 163, 170, 174, 175, 180, 195, 209, 210, 211, 251, 252, 258, 283 – 287, 291, 292, 345, 393, 398, 405, 406,408, 409, 410, 411, 413, 429, 473, 508, 509, 594, 599 )

[ 4 ] Bari, I.; Șerbănescu, I. Energia … Imperativul reconsiderărilor. Iași: Editura Junimea, 1981.

[ 5 ] Cernomazu, D.; Ungureanu, C. Motoare electrice solare de construcție specială. București: Editura MATRIX ROM, 2012.

[ 6 ] Dabija, A – M.; Gheorghe, S.; Mortu, A.; Buzatu, L. Sisteme fotovoltaice în arhitectură. București: Editura Universitară „ Ion Mincu ”, 2010. ( 7, 8, 9 )

[ 7 ] Dănescu, Al.; Bucurenciu, S.; Petrescu, St. Utilizarea energiei solare. București: Editura Tehnică, 1980. ( 10, 11, 59, 79, 112, 115, 116, 181, 120, 121, 122, 123, 127, 128, 129, 130, 132, 135, 136, 137, 138, 148, 167 )

[ 8 ] Dimo, P. Sistemul energetic planetar. București: Editura Academiei Republicii Socialiste România, 1988.

[ 9 ] Fara, V.; Georgescu, R. Conversia energiei solare în energie termică. Principii și aplicații. București: Editura Științifică și Pedagogică, 1982.

[ 10 ] Hallenga, U. Vântul, energie electrică pentru casă și curte. Ghid de construcție ilustrat. București: Editura M.A.S.T., 2008.

[ 11 ] Hayoun, L – P.; Arrigoni, A. Les installations photovoltaïques. Paris, Editeur Groupe Eyrolles, 2011.

[ 12 ] Hayoun, L – P.; Arrigoni, A. Les installations photovoltaïques. Conception et dimensionnnement des installations raccordées au réseau. Paris, Editeur Groupe Eyrolles, 2012.

[ 13 ] Ilie, V.; Almási, L.; Nedelcu, Ș.; Borzași, D.; Luncă, G.; Markó, G. Utilizarea energiei vântului. București: Editura Tehnică, 1984.

[ 14 ] Ilina, M.; Brandabur, C.; Oancea, N. Energii neconvenționale utilizate în instalațiile din construcții. București: Editura Tehnică, 1987.

[ 15 ] Ilina, M. ( coordonator ). Enciclopedia tehnică de instalații, Manualul de instalații, Instalații de încălzire. Ediția a II – a. București: Editura ARTECNO, 2010. (218 )

[ 16 ] Iulian, C. Utilizarea energiei valurilor. București: Editura Tehnică, 1990.

[ 17 ] Iulian, C.; Lazăr, P. D. Energia valurilor, captare și conversie. București: Editura Științifică și Enciclopedică, 1982.

[ 18 ] Iulian, C.; Lazăr, P. D. Energia eoliană, captare și conversie. București: Editura Științifică și Enciclopedică, 1985.

[ 19 ] Lazăr, I.; Groșanu, L.; Badea, G. ( coordonatori ). Dezvoltarea producției de energie. Cluj – Napoca: Editura Dacia, 1984.

[ 20 ] Lupei, N. Zestrea energetică a lumii. București: Editura Albatros, 1986.

[ 21 ] Mavrodin, T. ( coordonator ). Argeșul și Mușcelul, spații istorice ale Românismului. Vol. 1 – 2. Pitești: Editura Tiparg, 2013.

[ 22 ] Moldovan, I. Tehnologia resurselor energetice. București: Editura Tehnică, 1986.

[ 23 ] Negreanu, M.; Băluță, G. De la efectul fotoelectric la celula solară. București: Editura Albatros, 1981.

[ 24 ] Popa, P.; Dicu, P.; Voinescu, S. Istoria municipiului Pitești. București: Editura Academiei Republicii Socialiste România, 1988.

[ 25 ] Potolea, D.; Toma, S.; Borzea, A. ( coordonatori de activitate ). Coordonate ale unui nou cadru de referință al curriculumului național. București: Editura Didactică și Pedagogică, R.A., 2012.

[ 26 ] Povară, R. Climatologie generală. Ediția a II – a revăzută și adăugită. București: Editura Fundației România de Mâine, 2009.

[ 27 ] Spânulescu, I. Celule solare. București: Editura Științifică și Enciclopedică, 1983.

[ 28 ] Themeβl, A.; Weiβ, W. Instalații solare. Proiectarea și construcția instalațiilor solare. Ghid informativ. Editura M.A.S.T., 2008.

[ 29 ] Toma, S.; Florea, V.; Constantinescu, Gh. Îndrumări metodice pentru disciplinele: Instalații de încălziri centrale și de ventilație, instalații tehnico – sanitare și de gaze. București: Editura Didactică și Pedagogică, 1983.

[ 30 ] Vintilă, Ș. ( coordonator ). Enciclopedia tehnică de instalații, Manualul de instalații, Instalații sanitare. Ediția a II – a. București: Editura ARTECNO, 2010.

[ 31 ] http://adevarul.ro/news/societate/desalinizarea-apei-mare-8211-solutie-secetei-1_50abd9f87c42d5a6638148f5/index.html

[ 32 ] http://www.alternativepureenergy.ro

[ 33 ] http://www.atelierulelectric.ro/demo_solar/solar.htm

[ 34 ] http://www.aquaret.com/index.php?option=com_content&view= article&id= 137&Itemid=280&lang=ro

[ 35 ] http://www.cheso.ro

[ 36 ] http://descoperim-energia.blogspot.ro/2011/10/definitia-energiei.html

[ 37 ] http://despretot.info/2012/09/multiplii-si-submultiplii-unitatilor-de-masura/

[ 38 ] http://djbujy.wordpress.com

[ 39 ] http://www.dexonline.news20.ro/

[ 40 ] http://dexonline.ro

[ 41 ] http://shop.ecosolaris.ro

[ 42 ] http://www.ecovolt.ro/ro/index_ro.html

[ 43 ] http://www.electricalc.ro

[ 44 ] http://www.energosol.ro

[ 45 ] http://www.esolar.ro

[ 46 ] http://www.et.upt.ro/admin/tmpfile/fileU1301091212file4d8d138c3fe48.pdf

[ 47 ] http://hallo.ro/

[ 48 ] http://www.lpelectric.ro

[ 49 ] http://www.profi-solar.ro

[ 50 ] http://www.scientia.ro/stiinta-la-minut/54-scintilatii-stiintifice-fizica/106 -fuziunea – nucleara.html

[ 51 ] http://ro.scribd.com/doc/12697370/Unitati-de-Masura

[ 52 ] http://www.sistemeeco.ro/

[ 53 ] http://www.slideshare.net/dacianflorindedu/5-metode-de-uscare-si-deshidratare-a-legumelor-si-fructelor-cu-ajutorul-energiei-solare

[ 54 ] http://www.solarzone.ro

[ 55 ] http://www.ro.sonnenertrag.eu

[ 56 ] http://www.tehnosat.ro

[ 57 ] http://ro.wikipedia.org/wiki/

[ 58 ] http://www.siliconsolar.com/complete-solar-systems.html

17. ANEXE

Anexa 1. Alte unități de măsură pentru energie. [ 51 ]

1 kWh = 3,6 ∙ 106 J = 859,8 kcal = 3413 Btu ;

1 kcal = 4,1868 ∙ 103 J = 1,163 ∙ 10-3 kWh = 3,969 Btu;

1 Btu ( British thermal unit ) = 1055 J = 293 ∙ 10-6 kWh = 0,252 kcal;

1 tonă combustibil convențional ( t.c.c.) = 7 ∙ 106 kcal = 8,1414 ∙ 103 kWh = 7,0 Gcal;

1 tonă echivalent petrol ( t.e.p. ) = 1,5 t.c.c. = 10,5 ∙ 106 kcal = 12,21 ∙ 103 kWh = 10,5 Gcal.

Anexa 2. Prefixele multiplilor și submultiplilor unităților de măsură. [ 37 ]

Anexa 3. Clasificarea turbinelor după poziția axului turbinei. [ 3 ]

a – turbină eoliană cu ax vertical; b – turbină eoliană cu ax orizontal.

Anexa 4. Clasificarea turbinelor după principiul de funcționare. [ 3 ]

Anexa 5. Clasificarea turbinelor după poziția turbine. [ 3 ]

Anexa 6. Clasificarea turbinelor eoliene după numărul de pale. [ 3 ]

Anexa 7. Concentrator piramidal ( SR – suprafață reflectantă ). [ 7 ]

Anexa 8. Caracteristicile geometrice ale concentratorului dublu parabolic. [ 7 ]

Anexa 9. Captator plan prevăzut cu concentratori dublu parabolici:

a – detaliu;

b – plasarea receptoarelor și a suprafețelor reflectante ale concentratorilor.

[ 7 ]

Anexa 10. Schema de principiu a unui captator cu concentrator cilindro – parabolic, cu mișcare de urmărire a Soarelui în jurul unei singure axe ( E – V, N – S ). [ 7 ]

Anexa 11. Captator cu concentratori cilindro – parabolici înclinați față de orizontală, cu mișcare de rotație în jurul unui ax vertical. [ 7 ]

Anexa 12. Schema unui captator cu oglindă cilindro – parabolică orientată pe direcția

E – V. [ 7 ]

Anexa 13. Schema de principiu a unui captator cu oglinzi Fresnel. [ 7 ]

Anexa 14. Concentrator sferic fix cu receptor mobil. [ 7 ]

Anexa 15. Mișcarea receptorului în cazul concentratorului sferic fix: a – poziția de dimineață, b – poziția de amiază, c – poziția de după amiază. [ 7 ]

Anexa 16. Sistem de concentrare a radiației cu heliostate și turn. [ 7 ]

Anexa 17. Schema de principiu a unui cazan solar cu concentrator conic. [ 7 ]

Anexa 18. Captator heliotermic cu concentrator oglindă parabolică. [ 7 ]

Anexa 19. Perete Trombe. [ 1 ]

Anexa 20. Principiul unei instalații de apă caldă menajeră și încălzire. [ 1 ]

Anexa 21. Configurații de bucle pentru colectorii geotermali orizontali. [ 3 ]

Anexa 22. Colector geotermal dispus în buclă spiralată. [ 3 ]

Anexa 23. Colector geotermal dispus în buclă verticală. [ 3 ]

Anexa 24. Colector geotermal dispus în buclă imersată. [ 3 ]

Anexa 25. Colector geotermal în sistem deschis. [ 3 ]

BIBLIOGRAFIE

[ 1 ] Amjahdi, M.; Lemale, J. Energia solară termică și fotovoltaică. București: Editura MATRIX ROM, 2012. ( 7, 31 – 35, 54, 59 )

[ 2 ] Avramescu, A.; Cartianu, P. Energetica mondială în perspectiva sfârșitului de mileniu. București: Editura Academiei Republicii Socialiste România, 1985. ( 307, 308 )

[ 3 ] Badea, A.; Necula, H. ( coordonatori ). Surse regenerabile de energie. București: Editura AGIR, 2013. ( 9, 14, 41 – 47, 58, 42,43, 45, 46, 161, 163, 170, 174, 175, 180, 195, 209, 210, 211, 251, 252, 258, 283 – 287, 291, 292, 345, 393, 398, 405, 406,408, 409, 410, 411, 413, 429, 473, 508, 509, 594, 599 )

[ 4 ] Bari, I.; Șerbănescu, I. Energia … Imperativul reconsiderărilor. Iași: Editura Junimea, 1981.

[ 5 ] Cernomazu, D.; Ungureanu, C. Motoare electrice solare de construcție specială. București: Editura MATRIX ROM, 2012.

[ 6 ] Dabija, A – M.; Gheorghe, S.; Mortu, A.; Buzatu, L. Sisteme fotovoltaice în arhitectură. București: Editura Universitară „ Ion Mincu ”, 2010. ( 7, 8, 9 )

[ 7 ] Dănescu, Al.; Bucurenciu, S.; Petrescu, St. Utilizarea energiei solare. București: Editura Tehnică, 1980. ( 10, 11, 59, 79, 112, 115, 116, 181, 120, 121, 122, 123, 127, 128, 129, 130, 132, 135, 136, 137, 138, 148, 167 )

[ 8 ] Dimo, P. Sistemul energetic planetar. București: Editura Academiei Republicii Socialiste România, 1988.

[ 9 ] Fara, V.; Georgescu, R. Conversia energiei solare în energie termică. Principii și aplicații. București: Editura Științifică și Pedagogică, 1982.

[ 10 ] Hallenga, U. Vântul, energie electrică pentru casă și curte. Ghid de construcție ilustrat. București: Editura M.A.S.T., 2008.

[ 11 ] Hayoun, L – P.; Arrigoni, A. Les installations photovoltaïques. Paris, Editeur Groupe Eyrolles, 2011.

[ 12 ] Hayoun, L – P.; Arrigoni, A. Les installations photovoltaïques. Conception et dimensionnnement des installations raccordées au réseau. Paris, Editeur Groupe Eyrolles, 2012.

[ 13 ] Ilie, V.; Almási, L.; Nedelcu, Ș.; Borzași, D.; Luncă, G.; Markó, G. Utilizarea energiei vântului. București: Editura Tehnică, 1984.

[ 14 ] Ilina, M.; Brandabur, C.; Oancea, N. Energii neconvenționale utilizate în instalațiile din construcții. București: Editura Tehnică, 1987.

[ 15 ] Ilina, M. ( coordonator ). Enciclopedia tehnică de instalații, Manualul de instalații, Instalații de încălzire. Ediția a II – a. București: Editura ARTECNO, 2010. (218 )

[ 16 ] Iulian, C. Utilizarea energiei valurilor. București: Editura Tehnică, 1990.

[ 17 ] Iulian, C.; Lazăr, P. D. Energia valurilor, captare și conversie. București: Editura Științifică și Enciclopedică, 1982.

[ 18 ] Iulian, C.; Lazăr, P. D. Energia eoliană, captare și conversie. București: Editura Științifică și Enciclopedică, 1985.

[ 19 ] Lazăr, I.; Groșanu, L.; Badea, G. ( coordonatori ). Dezvoltarea producției de energie. Cluj – Napoca: Editura Dacia, 1984.

[ 20 ] Lupei, N. Zestrea energetică a lumii. București: Editura Albatros, 1986.

[ 21 ] Mavrodin, T. ( coordonator ). Argeșul și Mușcelul, spații istorice ale Românismului. Vol. 1 – 2. Pitești: Editura Tiparg, 2013.

[ 22 ] Moldovan, I. Tehnologia resurselor energetice. București: Editura Tehnică, 1986.

[ 23 ] Negreanu, M.; Băluță, G. De la efectul fotoelectric la celula solară. București: Editura Albatros, 1981.

[ 24 ] Popa, P.; Dicu, P.; Voinescu, S. Istoria municipiului Pitești. București: Editura Academiei Republicii Socialiste România, 1988.

[ 25 ] Potolea, D.; Toma, S.; Borzea, A. ( coordonatori de activitate ). Coordonate ale unui nou cadru de referință al curriculumului național. București: Editura Didactică și Pedagogică, R.A., 2012.

[ 26 ] Povară, R. Climatologie generală. Ediția a II – a revăzută și adăugită. București: Editura Fundației România de Mâine, 2009.

[ 27 ] Spânulescu, I. Celule solare. București: Editura Științifică și Enciclopedică, 1983.

[ 28 ] Themeβl, A.; Weiβ, W. Instalații solare. Proiectarea și construcția instalațiilor solare. Ghid informativ. Editura M.A.S.T., 2008.

[ 29 ] Toma, S.; Florea, V.; Constantinescu, Gh. Îndrumări metodice pentru disciplinele: Instalații de încălziri centrale și de ventilație, instalații tehnico – sanitare și de gaze. București: Editura Didactică și Pedagogică, 1983.

[ 30 ] Vintilă, Ș. ( coordonator ). Enciclopedia tehnică de instalații, Manualul de instalații, Instalații sanitare. Ediția a II – a. București: Editura ARTECNO, 2010.

[ 31 ] http://adevarul.ro/news/societate/desalinizarea-apei-mare-8211-solutie-secetei-1_50abd9f87c42d5a6638148f5/index.html

[ 32 ] http://www.alternativepureenergy.ro

[ 33 ] http://www.atelierulelectric.ro/demo_solar/solar.htm

[ 34 ] http://www.aquaret.com/index.php?option=com_content&view= article&id= 137&Itemid=280&lang=ro

[ 35 ] http://www.cheso.ro

[ 36 ] http://descoperim-energia.blogspot.ro/2011/10/definitia-energiei.html

[ 37 ] http://despretot.info/2012/09/multiplii-si-submultiplii-unitatilor-de-masura/

[ 38 ] http://djbujy.wordpress.com

[ 39 ] http://www.dexonline.news20.ro/

[ 40 ] http://dexonline.ro

[ 41 ] http://shop.ecosolaris.ro

[ 42 ] http://www.ecovolt.ro/ro/index_ro.html

[ 43 ] http://www.electricalc.ro

[ 44 ] http://www.energosol.ro

[ 45 ] http://www.esolar.ro

[ 46 ] http://www.et.upt.ro/admin/tmpfile/fileU1301091212file4d8d138c3fe48.pdf

[ 47 ] http://hallo.ro/

[ 48 ] http://www.lpelectric.ro

[ 49 ] http://www.profi-solar.ro

[ 50 ] http://www.scientia.ro/stiinta-la-minut/54-scintilatii-stiintifice-fizica/106 -fuziunea – nucleara.html

[ 51 ] http://ro.scribd.com/doc/12697370/Unitati-de-Masura

[ 52 ] http://www.sistemeeco.ro/

[ 53 ] http://www.slideshare.net/dacianflorindedu/5-metode-de-uscare-si-deshidratare-a-legumelor-si-fructelor-cu-ajutorul-energiei-solare

[ 54 ] http://www.solarzone.ro

[ 55 ] http://www.ro.sonnenertrag.eu

[ 56 ] http://www.tehnosat.ro

[ 57 ] http://ro.wikipedia.org/wiki/

[ 58 ] http://www.siliconsolar.com/complete-solar-systems.html

ANEXE

Anexa 1. Alte unități de măsură pentru energie. [ 51 ]

1 kWh = 3,6 ∙ 106 J = 859,8 kcal = 3413 Btu ;

1 kcal = 4,1868 ∙ 103 J = 1,163 ∙ 10-3 kWh = 3,969 Btu;

1 Btu ( British thermal unit ) = 1055 J = 293 ∙ 10-6 kWh = 0,252 kcal;

1 tonă combustibil convențional ( t.c.c.) = 7 ∙ 106 kcal = 8,1414 ∙ 103 kWh = 7,0 Gcal;

1 tonă echivalent petrol ( t.e.p. ) = 1,5 t.c.c. = 10,5 ∙ 106 kcal = 12,21 ∙ 103 kWh = 10,5 Gcal.

Anexa 2. Prefixele multiplilor și submultiplilor unităților de măsură. [ 37 ]

Anexa 3. Clasificarea turbinelor după poziția axului turbinei. [ 3 ]

a – turbină eoliană cu ax vertical; b – turbină eoliană cu ax orizontal.

Anexa 4. Clasificarea turbinelor după principiul de funcționare. [ 3 ]

Anexa 5. Clasificarea turbinelor după poziția turbine. [ 3 ]

Anexa 6. Clasificarea turbinelor eoliene după numărul de pale. [ 3 ]

Anexa 7. Concentrator piramidal ( SR – suprafață reflectantă ). [ 7 ]

Anexa 8. Caracteristicile geometrice ale concentratorului dublu parabolic. [ 7 ]

Anexa 9. Captator plan prevăzut cu concentratori dublu parabolici:

a – detaliu;

b – plasarea receptoarelor și a suprafețelor reflectante ale concentratorilor.

[ 7 ]

Anexa 10. Schema de principiu a unui captator cu concentrator cilindro – parabolic, cu mișcare de urmărire a Soarelui în jurul unei singure axe ( E – V, N – S ). [ 7 ]

Anexa 11. Captator cu concentratori cilindro – parabolici înclinați față de orizontală, cu mișcare de rotație în jurul unui ax vertical. [ 7 ]

Anexa 12. Schema unui captator cu oglindă cilindro – parabolică orientată pe direcția

E – V. [ 7 ]

Anexa 13. Schema de principiu a unui captator cu oglinzi Fresnel. [ 7 ]

Anexa 14. Concentrator sferic fix cu receptor mobil. [ 7 ]

Anexa 15. Mișcarea receptorului în cazul concentratorului sferic fix: a – poziția de dimineață, b – poziția de amiază, c – poziția de după amiază. [ 7 ]

Anexa 16. Sistem de concentrare a radiației cu heliostate și turn. [ 7 ]

Anexa 17. Schema de principiu a unui cazan solar cu concentrator conic. [ 7 ]

Anexa 18. Captator heliotermic cu concentrator oglindă parabolică. [ 7 ]

Anexa 19. Perete Trombe. [ 1 ]

Anexa 20. Principiul unei instalații de apă caldă menajeră și încălzire. [ 1 ]

Anexa 21. Configurații de bucle pentru colectorii geotermali orizontali. [ 3 ]

Anexa 22. Colector geotermal dispus în buclă spiralată. [ 3 ]

Anexa 23. Colector geotermal dispus în buclă verticală. [ 3 ]

Anexa 24. Colector geotermal dispus în buclă imersată. [ 3 ]

Anexa 25. Colector geotermal în sistem deschis. [ 3 ]