Energia Regenerabila

CUPRINS

REZUMAT……………………………………………………………………………………………………………….2

INTRODUCERE……………………………………………………………………………………………………….3

Capitolul 1. Energii regenerabile…………………………………………………………………………………..7

1.1. Clasificarea surselor de energii……………………………………………………………………………….7

1.2. Energiile regenerabile (energia de biomasă, geotermală și hidro)………………………………..9

1.3.Energia solară și panourile fotovoltaice…………………………………………………………………..19

1.4. Energia eoliană……………………………………………………………………………………………………27

Capitolul 2. Aplicații ale surselor de energie regenerabilă……………………………………..30

2.1. Parcuri de panouri fotovoltaice (modalitate de realizare, suprafață ocupată, electronica necesară, introducere în rețeaua națională de alimentare cu energie electrică)……………

2.2. Centrale eoliene de mare putere (modalitate de realizare, suprafață ocupată, electronica necesară, introducere în rețeaua națională de alimentare cu energie electrică)………………

2.3. Aplicații individuale pentru producerea de energie electrică [sursa de energie, electronica asociată (controller), acumulatori și invertoare]

Capitolul 3. Sistem de iluminare automatizat…………………………………………………….

3.1. Prezentarea metodei și a aparaturii utilizate……………………………………………………..

3.2. Achiziția datelor experimentale………………………………………………………………………

3.3. Prelucrarea și interpretarea datelor experimentale………………………………………………

CONCLUZII

BIBLIOGRAFIE…………………………………………………………………………………………………

ANEXE………………………………………………………………………………………………………………..

REZUMAT

INTRODUCERE

Energii regenerabile sunt energiile care provin din surse care se regenerează de la sine în scurt timp sau sunt surse practic inepuizabile. Termenul de energie regenerabilă se referă la forme de energie produse prin transferul energetic al energiei rezultate din procese naturale regenerabile.

La nivel global, investițiile în energia “curată” pe parcursul anului 2014, conform analiștilor, au crescut față de 2013 cu 16%, ajungând la suma de aproximativ 310 miliarde de dolari.

Aproape 50% din suma investită în 2014 în enrgii verzi a fost direcționată către sectorul energiei solare. Comparativ cu 2013, investițiile în energia eoliană au crescut și ele cu 11%, până la aproape 100 de miliarde de dolari.

Regiunile în care s-au înregistrat cele mai mari investiții în 2014 sunt: China- 90 de miliarde de dolari,cu 32% mai mult decât în 2013, S.U.A- 52 miliarde de dolari și o creștere de 8%, Japonia- 41 miliarde de dolari și o crștere de 12%. În Europa, investițiile în energii din surse regenerabile au crescut cu doar 1% în 2014 față de 2013, la 66 miliarde de dolari. Cel mai mult s-a investit în proiecte eoliene off-shore. Pe primele locuri s-au situat Marea Britanie și Germania cu investiții de 15 miliarde de dolari și o creștere de 3% față de 2013, urmate de Franța cu investiții de 7 miliarde de dolari și o creștere de 26%.

România a captat o reputație de locație de vârf pentru investitorii în energia regenerabilă, având construite mai multe turbine eoliene decât orice altă țară, însă propunerile recente privind reducerea subvențiilor au alarmat companiile străine ce erau atrase de aceasta piață. În ultimii ani, România a înregistrat un "boom" în domeniul energiei verzi, capacitatea de generare a energiei electrice ajungând la 1.794 de megawatti în anul 2014, de la numai 13,1 megawatti în 2009. Având instalați peste 2.000 de megawatti din energie regenerabilă și cam tot atât în construcție, România se apropie de ținta de a furniza 24% din energia de care are nevoie din surse regenerabile, până în 2020.

Capitolul 1. Energii regenerabile

Clasificarea surselor de energii

În prezent omenirea dispune de mai multe surse de energie care pot fi clasificate după mai multe criterii:

După origine:

a. naturale, numite și surse de energie primară;

b. artificiale, numite și surse secundare de energie.

După durata de exploatare:

a. epuizabile- care se consumă în timpul transformărilor energetice (combustibilii fosili și cei nucleari);

b. inepuizabile- sunt forme de energie bazate pe fenomene naturale (energia mareelor și valurilor, eoliană, solară, geotermică, energia produsă de biomasă).

Sursele epuizabile pot fi:

-neregenerabile- pentru refacerea lor este necesară o perioadă de timp măsurată la scară geologică  [cărbuni (fig.1.1.) , petrol, gaze naturale].

Fig. 1.1. Cărbunii, sursă epuizabilă, neregenerabilă (https://ro.wikipedia.org/wiki/C%C4%83carbune)

-regenerabile- care se pot reface în perioade scurte de timp (lemnul și materialele vegetale).

Forța umană și forța animală sunt surse regenerabile și sunt cele mai vechi folosite de către oameni.

Sursele de energie regenerabile au următoarele caracteristici:

– sunt din abundență

– sunt disponibile local

– produc poluare redusă sau zero

– pot fi utilizate direct în clădiri

– nu este necesar să fie mutată energia de la sursă la punctul de utilizare

– necesită un grad redus de transformare sau de loc, ex. căldură în căldură

– au costuri scăzute, există variații zilnice și sezoniere

Încălzirea constituie cca. 40% din nevoile energetice ale locuinței, atât pentru încălzirea spațiului cât și pentru apa caldă. Sursele de energie regenerabilă pot fi folosite pentru a produce căldură direct, fără a mai fi nevoie de vreun proces de conversie, ex. încălzirea solară a apei. Este de asemenea, posibil să se folosească astfel de surse pentru a produce electricitate, ex. celulele fotovoltaice care convertesc lumina solară în electricitate.

Folosirea surselor regenerabile presupune emisii reduse sau egale cu zero. Introducerea surselor de energie regenerabilă poate asigura o soluție pe termen lung și sustenabilă pentru a întruni cererea de energie care va lăsa generațiilor următoare o lume cu mai puțină poluare și mai multe resurse.

După vechimea utilizării lor de către oameni în cadrul unor perioade istorice:

a. convenționale- sunt sursele tradiționale, folosite încă din Antichitate și Evul Mediu (forța apei), iar altele o dată cu accelerarea progresului tehnic (petrolul).

b. neconvenționale –sunt sursele folosite la o dată relativ recentă, mai ales după al doilea război mondial (energia nucleară, energia solară, geotermică, a valurilor).

Forța vântului este un caz particular, aceasta este privită atât ca sursă convențională  -în navigație, moară de vânt- cât și ca sursă neconvențională – pentru obținerea energiei electrice (fig.1.2.).

Fig.1.2. Câmp eolian (https://ro.wikipedia.org/wiki/Energie_eolian%C4%83)

Definiții:

Energia regenerabilă este numită de asemenea energie alternativă, energie utilizabilă derivată din surse care sunt capabile de a se reface, cum ar fi Soarele (energia solară), vântul (energia eoliană), râurile (energia hidroelectrică), izvoarele termale (energia geotermală), mareele (energia mareelor) și biomasa(biocombustibilii).

[http://www.britannica.com/EBchecked/topic/1768/renewable-energy]

Energia regenerabilă este energia care provine din surse naturale, cum ar fi lumina soarelui, vântul, ploaia, mareele și din căldura geotermală, care sunt regenerabile (completate in mod natural). [http://en.wikipediaorg/wiki/Renewable-energy]

Caracteristicile energiei regenerabile

Energiile regenerabile, spre deosebire de energiile neregenerabile care au o locație geografică definită și o cantitate finită, nu sunt legate de o anumită locație geografică și nu au o cantitate finită.

În categoria surselor regenerabile de energie intră:

-energia de biomasă: biodiesel, bioetanol, biogaz;

-energia geotermală;

-energia hidro:

-energia hidraulică, energia apelor curgătoare;

-energia mareelor, energia flux/ refluxului mărilor și oceanelor;

-energia potențial osmotică.

-energia solară;

-energia eoliană.

Energiile regenerabile (energia de biomasă, geotermală și hidro)

Energia biomasei

In conformitate cu definiția dată de Directiva 2009/28/CE, biomasa este “fracțiunea biodegradabilă a produselor, deșeurilor și reziduurilor de origine biologică din agricultură (inclusiv substanțe vegetale și animale), silvicultură și industriile conexe, inclusiv pescuitul și acvacultura, precum și fracțiunea biodegradabilă a deșeurilor industriale și muinicipale”.

Aceasta înseamnă că, în urma unei procesări industriale adecvate, biomasa proaspăt recoltată poate fi convertită în produse similare cu gazul natural sau cu combustibili lichizi sau solizi. Dacă s-ar aplica procese variate de transformare, cum ar fi gazeificarea, arderea sau piroliza, biomasa ar putea fi transformată în „bio-combustibili” pentru transport, „bio-căldură” sau „bio-electricitate”.

Tipuri de biomasă

O mare parte a biomasei disponibile pentru bioinginerie provine din material vegetal și din produse animaliere.

Biomasă din culturile energetice- provine în mod evident din sectoarele agricol și forestier.

a) Culturi ierboase anuale

Plantele ierboase (monocotiledonate) reprezintă cea mai mare parte a agriculturii moderne pe scară largă. Culturile ierboase multianuale includ cereale cum ar fi boabe, orz, ovăz, secară, alte cereale minore: sfeclă de zahăr, trestie de zahăr, culturi furajere, ca și trifoiul. Semințele acestor cereale, tulpinile și tuberculii altor plante constituie o bună sursă de amidon care poate fi utilizat în procese tehnologice pentru producerea de energie și biocombustibili. Reproducerea selectivă (în special pentru culturile non-alimentare) a fost utilizată pentru modificarea raportului semințe/plante pentru multe specii de biomasă, cu creșteri mari ale producției de semințe.

b) Culturi ierboase perene

Acest tip de biomasă poate fi utilizat ca materie primă pentru producția de bioenergie atunci când este viabil din punct de vedere economic. Speciile de stuf și trestie cu creștere rapidă (cum ar fi Arundo Donax, Iarba Elefantului) sunt exemple de culturi ierboase care pot avea o utilizare bună a nutrienților disponibili pentru a crește productivitatea biomasei; dar, în același timp, alte caracteristici agronomice reprezintă încă puncte slabe, cum ar fi sterilitatea florală, costurile prohibitive pentru înființarea culturii, mecanizarea relativ redusă a recoltării, umiditate mare a produsului recoltabil și conținut ridicat de cenușă (Ranalli P., 2010). Anghinarea (Cynara) și Iarba Elefantului (Mischantus) sunt alte culturi energetice cu conținut de apă redus: din acest motiv ele sunt foarte interesante din punct de vedere energetic și de aceea se desfășoară multe programe de cercetare în domeniul agronomic și genetic, pentru îmbunătățirea producției.

c) Culturi cu semințe oleaginoase

Din punct de vedere agronomic, culturile de semințe oleaginoase au o istorie evolutivă diferită de cea a culturilor de cereale, de aceea pot aduce beneficii suplimentare ca o cultură secundară pentru reducerea agenților patogeni din sol. Cea mai reprezentativă cultură oleaginoasă în zonele europene sunt cele de floarea soarelui și soia. Uleiul vegetal este în mod obișnuit extras prin presare mecanică și/sau extracție cu solvent și este utilizat în industria alimentară, a săpunului și cosmetică. Uleiurile din aceste culturi conțin și alți constituenți ai semințelor (proteine sau amidon). Partea lignocelulozică a culturilor oleaginoase, care în mod tradițional este utilizată ca mulci sau furaj, poate fi de asemenea arsă pentru obținerea energiei sau pentru încălzire, în timp ce uleiurile vegetale pot fi utilizate pentru aplicații bioenergetice cu valoare mai mare, în special ca înlocuitor pentru combustibil diesel. (Crucible Carbon, 2010)

Uleiurile vegetale derivate din aceste culturi și modificate în m-metil-esteri sunt în mod comun numite “biodiesel” și sunt candidații principali pentru a deveni combustibili alternativi.

d) Culturi din arbori oleginosi

În prezent există câțiva arbori care produc ulei: palmierul, nuca de cocos și macadamia. Uleiul de palmier în mod special este utilizat în țările dezvoltate pentru a produce atât ulei comestibil, cât și biodiesel. Dar utilizarea uleiurilor comestibile în scop energetic poate să provoace probleme semnificative, cum ar fi foamete în țările în curs de dezvoltare. Utilizarea dublă a uleiului de palmier crește competiția între piața uleiului comestibil și cea a biocombustibililor, având drept consecință creșterea prețului uleiului vegetal în țările în curs de dezvoltare. Utilizarea uleiurilor vegetale necomestibile, atunci când este comparată cu uleiurile comestibile, este foarte semnificativă în tările în curs de dezvoltare, din cauza imensei cereri de uleiuri comestibile, acestea fiind mult prea scumpe pentru a fi utilizate drept combustibil în prezent. Producția de biodiesel din diferite uleiuri necomestibile a fost cercetată intensiv în ultimii ani. (Balat M., 2010)

Culturile de arbori oleaginoași, cu valoarea lor alimentară scăzută, pot fi resursă pentru bioenergie și, fiind culturi perene, aduc și un beneficiu prin „sechestrarea” carbonului. Culturile ne-alimentare nu vor prezenta variații de costuri asociate problemelor de asigurare și aprovizionare cu alimente. Multe specii producătoare de ulei alimentar, cum ar fi Jatropha (în zonele sub-tropicale) pot fi utilizate pentru producerea de energie și sunt adesea promovate ca nefiind concurențiale pentru culturile alimentare. Oricum, aceste specii pot prezenta multe proprietăți asociate cu acelea ale buruienilor și pot deveni subiectul unor interdicții, în scopul limitării riscurilor de infestare. (Crucible Carbon, 2008)

O caracteristică importantă o reprezintă rata de creștere vegetativă și producția de semințe. (Balat M., 2010)

Biomasă din reziduuri și deșeuri

Analiza biomasei din reziduuri și deșeuri este mai complicată, din cauza complexității de materiale și a sectoarelor de origine (de la sectorul agricol, la cel urban).

Directiva UE 2008/98/CE definește diferența dintre subprodus și deșeuri: “subprodusele sunt acele materiale care pot fi reutilizate, în timp ce deșeurile sunt definite ca materiale rezultate la sfârșitul ciclului de producție și care nu pot fi reutilizate“. (Castelli S., 2010)

Biomasa provenită din reziduuri și deșeuri include reziduurile provenite de la plante și animale. Acestea sunt reprezentate de reziduuri agricole, cum ar fi paie, coji de legume și fructe, reziduuri și deșeuri forestiere, cum ar fi stratul de frunze, reziduurile de la gatere, deșeurile alimentare și componenta organică a deșeurilor minicipale solide. Din aceste deșeuri se poate produce energie, căci, la nivel global, câteva miliarde de tone de biomasă sunt conținute în ele. (Abbasi et al, 2009)

În UE, au fost construite centrale electrice pentru producerea energiei din reziduuri agroforestiere și deșeuri municipale. Unele dintre acestea au fost evidențiate de către proiecte UE, cum ar fi proiectul "Make It Be” – “Instrument pentru luarea deciziilor și implementarea pentru dezvoltarea lanțurilor bio-energetice la nivel local și regional”, care are ca scop promovarea celor mai bune practici în sectorul bio-energiilor și considerarea acestora ca potențiale exemple repetabile în tările UE. (Make It Be Project, 2010, http://www.makeitbe.eu/).

Dezvoltarea proiectelor specifice de obținere a bioenergiei nu se bazează deci numai pe condițiile economice, dar trebuie să țină cont și de aspectele sociale și de mediu.Dacă factorii luați în considerare sunt corect abordați, proiectele de obținere a biomasei sau bioenergiei trebuie întâi judecate printr-o modelare tehnico-economică specifică, precedând studiile de prefezabilitate, evaluarea ciclului de viață și studiile de fezabilitate.

Energia geotermală

Energia geotermală se definește ca fiind caldura naturală provenită din interiorul Pamântului, captată pentru producerea de energie electrică, încălzirea spațiilor sau a aburului industrial. Ea este prezentă oriunde sub scoarța terestră, deși cea mai mare temperatură, și deci cea mai dorită resursă este concentrată în regiuni cu vulcani activi sau tineri din punct de vedere geologic.

Resursa geotermală este curată, regenerabilă, deoarece căldura emanată din interiorul Pamântului este inepuizabilă. Sursa de energie geotermală este disponibilă 24 de ore pe zi, 365 de zile pe an. Prin comparație, sursele de energie eoliană și solară sunt dependente de un număr de factori, inlcuzând fluctuații zilnice și sezoniere și variații în funcție de climă. Din acest motiv, energia produsă din surse geotermale este, odată captată, mai sigură decât multe alte forme de energie electrică. Căldura care izvorăște continuu din interiorul Pământului este estimată a fi echivalentă cu 42 millioane megawatt. (Bilanțul termic de Stacey și Loper, 1988).

Un megawatt poate asigura necesitățile energetice a 1000 de case. Energia termică a Pământului este de aceea într-o cantitate mare și este practic inepuizabilă, dar este foarte dispersată, foarte rar concentrată și adesea la adâncimi prea mari pentru a fi exploatată industrial.Impactul de mediu al utilizării energiei geotermale este destul de mic și controlabil. De fapt, energia geotermală produce emisii atmosferice minime. Emisiile de oxid de azot, hidrogen sulfurat, dioxid de sulf, amoniac, metan, pulberi și dioxid de carbon sunt extrem de mici, în special atunci când sunt comparate cu emisiile provenite de la combustibilii fosili. Totuși, atât apa cât și aburul condensate de la centralele electrice geotermale conțin diferite elemente chimice, printre care arsen, mercur, plumb, zinc, bor și sulf, a căror toxicitate depinde în mod evident de concentrația lor. Centralele electrice geotermale binare, împreună cu instalațiile flash, produc emisii aproape zero.Cel mai important parametru în utilizarea acestui tip de energie este temperatura fluidului geotermal, care determină tipul de aplicație al energiei geotermale. Aceasta se poate utiliza pentru încălzire sau pentru a genera energie electrică.Cel mai comun criteriu pentru clasificarea resurselor geotermale este acela bazat pe entalpia fluidelor geotermale care îndeplinesc rolul de purtător de căldură din rocile de adâncime, către suprafață. Entalpia, care poate fi considerată, mai mult sau mai puțin, proporțională cu temperatura, este utilizată pentru a exprima conținutul de căldură (energie termică) al fluidelor și oferă o imagine generală despre “valoarea” acestora. Resursele sunt împărțite în resurse de joasă, medie si înaltă entalpie (sau temperatură), în conformitate criteriile care au în general la bază conținutul energetic al fluidelor și formele lor potențiale de utilizare.

Metode de explorare

Obiectivele explorării geotermale sunt următoarele: (Lumb, 1981):

1. Identificarea fenomenului geotermal

2. Verificarea existenței unui câmp de producție geotermal

3. Estimarea dimensiunii resursei

4. Determinarea tipului de câmp geotermal

5. Localizarea zonelor productive

6. Determinarea conținutului de energie temică a fluidelor care va fi obținută prin forarea puțurilor în câmpul geotermal.

7.Stabilirea unui set de date de bază, în raport cu care se vor compara rezultatele monitorizării ulterioare.

Utilizarea resurselor geotermale în România

Teoretic, România are al treilea cel mai mare potențial geotermal din Europa, după Italia și Grecia. În țara noastră, resursa geotermală cu cea mai mare entalpie a fost identificată la Băile Tușnad. Cinci locații au temperaturi de peste 100 °C.

Fig.1.3. ( https://www.google.ro/search?q=harta+romaniei+cu+resursele+geotermale)

Apele geotermale din țara noastra sunt ape geotermale cantonate în straturi sedimentare, caracterizate prin presiuni mici și încălziri modeste. Ele conțin în principal biocarbonați, sulfați, cloruri, hidrocarburi în stare liberă și dizolvată. Există peste 250 de puțuri forate la adâncimi de 800-3500 m, care indică prezența resurselor geotermale de joasă entalpie (50 – 120 °C), în 9 zone geotermale, 7 în partea de vest și 3 în partea de sud a țării. Rezervele identificate, unde sunt deja forate puțuri, sunt estimate la peste 200 PJ pentru următorii 20 de ani. Însă potențialul tehnic a fost estimat la aproximativ 6 TJ/an. Puterea totală instalată a puțurilor deja existente este de aprox. 550 MWt (pentru o temperatură de referință de 25 °C).

Principalele utilizări directe ale energiei geotermale sunt: încălzire 39,7%; băi termale 32,2%; încălzirea serelor 17,1%; caldură de proces industrială (uscarea lemnului și a semințelor, pasteurizarea laptelui, prelucrarea inului) 8,7%; piscicultură și creșterea animalelor 2,3%. Aproximativ 50 de puțuri sunt utilizate pentru bazine cu apă termală pentru recreere sau medicinale în 16 centre SPA care au capacitate de peste 850000 de persoane pe an.

Energia hidro

Energia hidroelectrică provine din acțiunea apei în mișcare. Poate fi văzută drept o formă de energie solară, deoarece soarele alimentează circuitul apei în natură. În cadrul acestui circuit, apa din atmosferă ajunge la suprafața pământului sub formă de precipitații. O parte din aceasta se evaporă, dar mare parte pătrunde în sol sau devine apă curgătoare la suprafață. Apa de ploaie și din zăpada topită ajunge în final în iazuri, lacuri, lacuri de acumulare sau oceane, unde evaporarea are loc permanent. Umiditatea care pătrunde în sol poate deveni apă de subsol, parte din care poate ajunge în cursurile de apă prin izvoare sau râuri subterane. Apa din subsol poate de asemenea ieși la suprafață prin sol în timpul perioadelor uscate, și se poate întoarce în atmosferă prin evaporare. Vaporii de apă ajunși în atmosferă se condensează apoi în nori, și o parte revine pe pământ sub forma precipitațiilor. Astfel, ciclul apei este complet.

Natura ne asigură de faptul că apa este o resursă regenerabilă. Hidrocentralele de mică putere reprezintă o mare contribuție de energie electrică din surse regenerabile la nivel european și mondial. La nivel mondial, se estimează că există o capacitate instalată de 47.000 MW, cu un potențial – tehnic și economic – aproape de 180.000 MW. Hidrocentralele de mică putere (HMP) sunt alimentate de cursul natural al apei, adică nu implică captarea apei la scară mare, și de aceea nu necesită construcția de mari baraje și lacuri de acumulare, deși acestea ajută acolo unde există și pot fi utilizate ușor. Nu există o definiție la nivel internațional a HMP și limita superioară variază între 2,5 și 25 MW în funcție de țară, dar valoarea de 10 MW devine general acceptată și promovată de ESHA (Asociația Europeană pentru Hidrocentrale de Mică Putere). Definiția HMP ca fiind orice sistem hidroelectric cu puterea de până în 10MW va fi astfel folosită în prezentul document. HMP pot fi împărțile la rândul lor în „mini hidrocentrale”, definite de obicei ca sistemele cu puterea < 500 kW și „micro hidro”, pentru sisteme cu puterea < 100 kW. Dar orice definiție s-ar folosi, HMP reprezintă una din cele mai benefice forme de producție energetică, pe baza unei resurse regenerabile nepoluante, și care necesită intervenția redusă asupra mediului înconjurător. HMP au de asemenea un impact semnificativ în sensul înlocuirii combustibililor fosili, deoarece spre deosebire de alte surse regenerabile de energie, HMP pot de obicei produce energie electrică în orice moment, în funcție de cerere (nu necesită sisteme de stocare sau de rezervă), cel puțin în momentele anului în care este disponibil un debit de apă corespunzător, iar în multe cazuri se oferă energie la costuri competitive față de centralele electrice pe bază de combustibili fosili.

Energia hidraulică reprezintă capacitatea unui sistem fizic (apă) de a efectua un lucru mecanic la trecerea dintr-o poziție dată în altă poziție (curgere). Datorită circuitului apei în natură, întreținut automat de energia Soarelui, energia hidraulică este o formă de energie regenerabilă.

Energia hidraulică este o energie mecanică formată din energia potențială a apei dată de diferența de nivel între lacul de acumulare și centrală, respectiv din energia cinetică a apei în mișcare. Exploatarea acestei energii se face actualmente în hidrocentrale, care transformă energia potențială a apei în energie cinetică. Aceasta e apoi captată cu ajutorul unor turbine hidraulice care acționează generatoare electricecare în final o transformă în energie electrică.

I. Mareele

Prin maree (flux si reflux) se ințelege o oscilație periodică a nivelului mării sau oceanului, în raport cu o poziție medie, datorită forței de atracție combinate a Lunii și Soarelui. Perioada de oscilație are o durată aproximativă de 12h 25min., astfel că în decurs de 24h 50min. (durata unei zile lunare se vor produce urmatoarele faze într-un punct al oceanului sau mării:

a) flux, adică o creștere treptată a nivelului mării și acoperirea cu apă a unei fâșii din uscat; acesta se termină cu o maree înalta – în timpul căreia nivelul mării a atins o înalțime maximă și ramâne pentru un scurt timp imobil;

b) reflux, adică o scădere treptată a nivelului mării și retragerea apelor de pe fasia de uscat acoperită anterior; se termină cu o maree joasa – când nivelul mării ocupă o poziție coborâtă, menținându-se constant un interval scurt de timp.

Mareele se deosebesc de toate celelalte surse energetice prin faptul că sunt rezultatul sistemului „Pamânt–Luna–Soare”. Astfel se schimbă nivelul apelor marine de-a lungul liniei de litoral a tuturor continentelor. Nivelul apei se schimbă de doua ori pe zi, „ocupând” și „eliberând” o parte din teritoriul litoralului, formand astfel bazine.

Energia mareelor poate fi captată prin exploatarea energiei potențiale rezultate din deplasarea pe verticală a masei de apă la diferite niveluri sau a energiei cinetice datorate curenților de maree, și este considerată o formă de energie regenerabilă. Încă din timpurile vechi această energie era folosită în scopuri practice. La găurile râurilor ( în estuare) erau construite mori ce utilizau energia fluxului și refluxului. Mai tarziu a început să se folosească energia mareelor și la centralele electrice.

II. Valurile

Energia valurilor este o formă de energie regenerabilă cu foarte mare potențial în zonele cu valuri tot timpul anului sau în largul mărilor și oceanelor. Această energie este de fapt energie solară condensată, deoarece viteza vântului și durata de acțiune sunt factorii determinanți în procesul de formare a valurilor de vânt, iar variațiile de potențial baric a maselor de aer își au cauza în energia radiațiilor solare repartizate diferit. Din acest punct de vedere se poate afirma că sistemele care captează direct energia solară, comparativ cu cele care folosesc forme condensate ale aceleiasi energii , vor necesita suprafețe mult mai întinse. Dar cum viitorul impune folosirea optimă a spațiului, considerentul sesizat pledează pentru captarea formelor condensate , deci pentru centrale eoliene și marine. Realizarea acestora nu implică scoaterea unor terenuri din circuitul agricol, industrial, sau al asezarilor umane, utilizând astfel zone practic neintrebuintate.

Cu aproape doua secole în urmă, cațiva cercetatori necunoscuți, atunci considerați utopisti, atrăgeau atenția asupra energiei înmagazinată în valuri, realizând elemente de captare și conversie pe care le-au testat în marile și oceanele accesibile lor. În 1799 doi francezi, frații Girard, au conceput prima mașina care a folosit forța valurilor pentru a fi pusă în funcționare. La începutul secolului XX, în anul 1911, în S.U.A. a fost încercat un sistem interesant de captare și conversie , prevăzut cu un plutitor sferic care transmitea mișcarea valurilor unei pompe radiale, cu trei cilindri, prin intermediul unor cabluri și scripeți. Sistemul îmbunătațit ulterior, utiliza atât deplasarea apei pe orizontală cât și pe verticală, structura propriu-zisă fiind plasată pe fundul mării.

Primii care au început să folosească energia valurilor au fost europenii. Țări precum Portugalia, Scoția și Marea Britanie au programe speciale prin care valurile mărilor care le înconjoară țărmurile să fie folosite pentru producerea energiei. Fiecare dintre guvernele statelor mai sus amintite au alocat sume importante pentru construirea de electrocentrale în apropierea marilor orașe. Scoția are acces la una din cele mai bogate resurse energetice marine din lume. În anul 2001, raportul "Resursele regenerabile ale Scoției" arată că această țară poate genera o capacitate de pană la 21,5 GW cu ajutorul energiei valurilor și mareelor. Conform raportului "Folosirea potențialului energetic marin al Scoției", efectuat de Grupul pentru Energie Marină în 2004, pană în anul 2020 se pot instala capacitați de 1300 MW în apele scoțiene, adăugând 100 MW în fiecare an.

Dificultatea pe care o întampină însă cei care studiază valurile, în scopul de a le măsura energia, consăt nu atât în aspectele de ordin teoretic, de calcul interpretativ, cât în cele de ordin practic, de măsurare și inventariere. O mare montată cu valuri de vânt prezintă concomitent valuri cu caracteristici diferite (moleculele de apă care descriu orbite circulare, miscându-se cu viteza uniformă și în aceași perioadă de timp, razele orbitelor care descresc exponențial cu adâncimea, perioada, lungimea de undă, izobarele, etc) deoarece există mai multe tipuri de valuri: gerstner sau trohoidale, stokiene, cnoidale, etc. În câmpul de studiu al observatorului, într-o singură clipă se manifestă sute si chiar mii de valuri. Calcularea puterii unui val se face dupa urmatoarea relație: P = Hs2 Te / 2

Unde :- Hs2 este înalțimea semnificantă a valului;

-Te este media timpului între mișcările de înalțare deasupra apei;

-P este puterea în kW/m.

Cercetari efectuate în țara noastră în domeniul energiei valurilor

Marea Neagră a fost și este considerată o mare relativ calmă. Cu toate acestea, efectul valurilor ei, nu poate fi nesocotit. În urma unor cercetari se poate susține că regimul valurilor este mai intens în larg decât în apropierea țărmului, aceeași concluzie tragându-se și în cazul vânturilor. Particularitațile pe care le prezintă regimul valurilor din Marea Neagră influențează în mod decisiv alegerea procedeului de captare optim. Caracteristicile dinamice medii ale valurilor din Marea Neagră, obținute în urma unor îndelungate observări și masurători, sunt modeste: înalțimea de 1 metru, perioada de 4,5 secunde și lungimea de undă de 28,7 metri, 66 % din valuri fiind valuri de vânt iar restul de 34 % valuri de hulă. În privința înălțimii maxime, au fost evaluate valuri de 9,8 metri în timpul furtunii. Datorită acestui regim calm, în comparație cu alte zone de pe glob, valoarea potențialului energetic brut al valurilor din preajma litoralului românesc este relativ redusă. Studiile și cercetările facute în țărm au ajuns la concluzia că pe fiecare metru linear de front maritim amenajat se pot obține aproximativ 40 000 – 50 000 kWh/an sau 8-9 TWh/an, în ipoteza instalării unui singur șir continuu de sisteme de captare cu randamentul egal cu 1,00. În tabelul 1.1. sunt prezentate mediile maxime ale valurilor în Constanța și Mangalia:

Tabel 1.1. Mediile înălțimilor maxime ale valurilor (în metri)

(Vespremeanu-Stroe A., 2007)

Impactul folosirii energiei valurilor asupra mediului este minim. Poluarea cu chimicale este foarte mică, la fel și impactul visual asupra liniei costeliere (mai ales la amplasarea fermelor de turbine în largul oceanului). Emanațiile de CO2, SO2 și NOx sunt minime și nu afectează ecosistemul marin.

III. Curenții marini

Reprezintă una dintre formele importante de miscare în ocean datorate acțiunii vânturilor dominante, a căror energie este transferată apei la frecarea cu aerul. Deplasările mai mult sau mai puțin uniforme ale maselor de apă pe direcție orizontală pot acționa paletele unor turbine hidraulice care, la randul lor, antrenează alternatoare plasate pe circumferințele elicelor. La viteze ale curentului cuprinse între 50 și 130 km/zi, s-a calculat că o singură rețea alcătuită din 21 de grupe de 11 turbine fiecare, distribuite la 60 km lungime și 30 km lațime, ancorată într-un curent de dimensiunile Golfstromului, ar putea dezvolta 10 000 MW, ceea ce echivalează cu producția a zece centrale nucleare.

Un nou dispozitiv este compus dintr-un sistem de doi cilindri atașați de resorturi și poziționați orizontal față de curenții apei. În momentul în care apa trece printre ei, cilindrii creează vortexuri, ce împing resorturile în sus și în jos. Energia mecanică rezultată din vibrații este transformată în electricitate. Cilindrii asezați pe o suprafață de un metru cub de ocean sau râu la un curent de 1,54 m/s pot produce 51 W/h. Metoda este mult mai eficientă decât turbinele de mărime similară sau generatoarele de valuri, iar cantitatea de energie produsă este sporită considerabil dacă viteza curenților este mai mare. Un “câmp” de cilindri asezați pe fundul unui ocean pe o arie de 1 km -1,5 km și de înalțimea unei case cu doua etaje prin care curenții trec cu o viteză de 1,54 m/s poate genera suficientă energie pentru aproape 100.000 de locuințe. Oamenii de știință din spatele acestei inovatoare tehnologii cred că energia generată prin această metodă ar costa numai 0,41 eurocenti/kWh, față de 0,53 euro cenți pentru energia eoliană și 0,48 eurocenți pentru energia solară.

Energia potențială osmotică sau energia gradientului de  salinitate este energia disponibilă din diferența de concentrație de sare între apa de mare și apa de râu. Este o energie regenerabilă. Două metode practice pentru acest lucru sunt electrodializa inversă (EDÎ) și osmoza întârziată de presiune (OÎP).

Ambele procese se bazează pe osmoza cu membrane ion-specifice. Produsul rezidual cheie este apa salmastră. Acest produs secundar este rezultatul forțelor naturale, care sunt exploatate: curgerea apei dulci în apa mărilor, care sunt constituite din apă sarată. Procedeele au fost confirmate în condiții de laborator. Acestea sunt dezvoltate în utilizarea comercială în Țările de Jos (EDÎ) și Norvegia (OÎP). Costul membranei a fost un obstacol. Membrane noi, ieftine, pe baza unui material plastic din polietilenă modificată electric, au făcut potrivite procedeele pentru uz comercial potential. Alte metode au fost propuse și sunt în prezent în curs de dezvoltare. Printre ele, o metodă bazată pe tehnologia condensatorilor dublu strat electric și o metodă bazată pe diferența de presiune de vapori. 

În lume, prima uzină osmotică cu o putere instalată de 4 kW a fost deschisă de Statkraft la 24 noiembrie 2009, în Tofte, Norvegia Această uzină folosește o membrana poliimidică, și este capabilă să producă 1W / m² de membrană. Această putere se obține la 10 l pe secundă de apă care curge prin membrană la o presiune de 10 bar. Atât creșterea presiunii, precum și debitul de apă ar permite să crească puterea obținută.

Exploatarea energiei osmotice e bazată pe "diferența de presiune osmotică între apa dulce și apa de mare".Statkraft a construit prima centrala osmotică prototip pe fiordul Oslo, care a fost deschis de Alteța Sa Regală Prințesa Moștenitoare Mette-Marit a Norvegiei pe 24-11-2009. Aceasta are ca scop producerea de electricitate suficientă pentru a lumina si încălzi un mic oraș pe termen de cinci ani, prin osmoză. La început va produce 4 kilowați – suficient pentru a incalzi un ceainic electric de mari dimensiuni, dar până în 2015 obiectivul este de 25 de megawați – la fel ca unei ferme eoliene de mici dimensiuni.Efectul ecologic principal e dat de apa salmastră rezultată.

Energia solară și panourile fotovoltaice

Soarele reprezintă sursa de energie a Pământului, contribuind la menținerea temperaturii planetei. Fără acesta, pământul ar avea o temperatură de aproape 0 grade Kelvin, temperatură la care încetează orice mișcare (inclusiv a electronilor).

Soarele este o sursă, aproape inepuizabilă, de energie, în sens că radiația soarelui ne va mai încălzi și oferi energie încă 4-5 miliarde de ani de acum încolo. într-un singur an, el trimite spre pământ de 20.000 de ori energia necesară întregii populații a globului, mai exact, primim de la soare anual o cantitate de energie de 15177*1014 kWh. (wikiepedia)

Fig. 1.5. Interacțiunile dintre energia solară, atmosfera și suprafața terestră

Pentru studiul radiației solare este important să definim constanta solară, care reprezintă fluxul de energie unitară primită de la Soare. Aceasta este măsurată, cu ajutorul sateliților pentru cercetări științifice, în straturile superioare ale atmosferei terestre, perpendicular pe direcția razelor solare. Valoarea general acceptată pentru constanta solară este de aproximativ 1366W/m2 [wikie], reprezentând o valoare medie anuală globală, maximele depășind 6kWh/m2 în zilele de vară. Atmosfera terestră și suprafața Pământului interacționează cu radiația solară, producând o serie de transformări acesteia.

Atmosfera terestră are grosime de 690km (până la trecerea în exosferă) [wikie]. Filtrarea radiației solare începe de la 100km altitudine, nivelul fiind numit linia Karman, astfel, fluxul de energie solară care ajunge la suprafața Pământului este mai mic decât constanta solară. Absorbția, difuzia și reflexia sunt fenomenele care duc la reducerea radiației solare. În atmosferă este absorbită aproape total radiația X și o parte din radiația ultravioletă. Vaporii de apă, bioxidul de carbon și alte gaze existente în atmosferă, contribuie la absorbția radiației solare. Prin absorbție energia se transformă în căldură, iar radiația difuză este retrimisă în toate direcțiile.

Radiația globală ajunsă de la Soare la nivelul solului într-o o zi senină, reprezintă suma dintre radiația directă și radiația difuză.

Radiația solară directă depinde de orientarea suprafeței receptoare. Radiația solară difuză poate fi considerată aceeași, indiferent de orientarea suprafeței receptoare.

Fig. 1.6. Diferența dintre radiația difuză și directă (la sol)

Interesant este faptul că radiația difuză are o pondere mai mare decât cea directă, din radiația totala ajunsă la sol. Energia termică unitară primită de la Soare, măsurată la nivelul suprafeței Pământului, perpendicular pe direcția razelor solare, pentru condițiile în care cerul este perfect senin și lipsit de poluare, în zonele Europei de Vest, Europei Centrale și Europei de Est, în jurul prânzului, poate asigura maxim 1000 W/m2. Această valoare reprezintă suma dintre radiația directă și difuză.

Fig.1.7.Cantitatea de radiații solare care ajung la sol și ar putea fi colectate de panouri solare

Radiația solară este influențată de modificarea unghiului format de direcția razelor soarelui cu planul orizontal, unghiul de înclinare a axei Pământului și latitudinea geografică.

După cum se vede în figura 1.7., radiația solară diferă semnificativ de la o zonă geografică la alta. Gradul mediu de însorire, diferă de la o lună la alta, de la o zi la alta, diferă din oră în oră, în aceeași localitate și cu atât mai mult de la o localitate la alta. În Europa, radiația solară medie anuală variază între 800kWh/m2 în zonele nordice îndepărtate și ajunge până la 2200kWh/m2 în zonele sudice ale Spaniei, În Malta, Sicilia, Creta. După cum se vede, zona ideală în Europa pentru construirea unei centrale electrice fotovoltaice este jumătatea sudică a Spaniei, unde radiația solară este între 1900-2200 kWh/m2.

Radiația solară este influențată de modificarea permanentă a câtorva parametrii importanți, cum sunt:

• Înălțimea soarelui pe cer (unghiul format de direcția razelor soarelui cu planul orizontal)

• Unghiul de înclinare a axei Pământului;

• Modificarea distanței Pământ – Soare (aproximativ 149 milioane km pe o traiectorie eliptică, ușor excentrică.)

• Latitudinea geografică.

Aceștia sunt factori care influențează însorirea la nivel generalisim/global. Sunt și factori care influențează la nivel local. Gradul de poluare a zonei respective determină gradul de însorire a zonei respective. Poluarea este un factor puternic în difuzia luminii și în reflexia acesteia. Claritatea aerului și gradul de seninătate a cerului influențează iarăși scăderea radiației directe.

Fig.1.8. Variația radiației solare în funcție de direcția razelor solare

pentru diferite situații atmosferice

România este o țară cu un potențial energetic solar acceptabil. Există zone în care fluxul energetic solar anual, ajunge până la 1450- 1600kWh/m2/an, în zona litoralului Mării Negre și Dobrogea, ca și în majoritatea zonelor sudice. În majoritatea regiunilor țării, fluxul energetic solar anual, depășește 1250- 1350kWh/m2/an. Aceasta indică un potențial energetic care ar justifica folosirea energiei solare pentru a produce energie utilizabilă. Mai exact, s-ar merita construirea unor centrale electrice solare. În figura 1.9. este prezentată schematic repartizarea energiei solare care ajunge la suprafața solului în țara noastră. Din această cauză s-au început câteva proiecte în vederea folosirii acestei energii, unul dinte ele fiind Casa verde, care a fost programat să înceapă în 01.06.2010.

Fig.1.9. Harta schematică a radiației solare în România

Celula și sistemele fotovoltaice

Fenomenul de apariție a unei tensiuni electromotoare în materiale solide, sub acțiunea energiei solare este denumit efect fotovoltaic.

Acesta a fost descoperit de fizicianul francez Alexandre-Edmond Becquerel, în anul 1839. Efectul fotovoltaic este datorat eliberării de sarcini electrice negative (electroni) și pozitive (goluri), într-un material solid, atunci când suprafața acestuia interacționează cu lumina. Datorită polarizării electrice a materialului respectiv, care se produce sub acțiunea luminii, apare o tensiune electromotoare, care poate genera curent electric într-un circuit închis. Dispozitivele, a căror funcționare se bazează pe efectul fotovoltaic, sunt denumite celule fotovoltaice, sau celule electrice solare.

Materialul cel mai utilizat pentru fabricarea de celule solare pe bază de semiconductori este Siliciul. Dacă la început pentru producerea celulelor solare se utilizau deșeuri rezultate din alte procese tehnologice pe bază de semiconductori, astăzi se apelează la materiale special în acest scop fabricate. Pentru industria semiconductorilor siliciul este materialul aproape ideal. Este ieftin, se poate produce întru-un singur cristal la un înalt grad de puritate, și se poate impurifica (dopa) în semiconductor de tip “n” sau “p”. Prin simpla oxidare se pot crea straturi izolatoare subțiri.

Totuși lărgimea zonei interzise fac siliciul mai puțin potrivit pentru exploatarea directă a efectului fotoelectric. Celule solare pe bază pe siliciu cristalin necesită o grosime de strat de cel puțin 100μm pentru a putea absorbi lumina solară eficient. La celulele cu strat subțire de tip semiconductor direct, ca de exemplu, GaAs sau chiar siliciu cu structură cristalină puternic perturbată, sunt suficiente 10μm.

Siliciu este al doilea element chimic din compoziția scoarței terestre în privința cantității. Se regăsește în compuși chimici cu alte elemente formând silicat sau cuarț. Siliciul brut numit și siliciu metalurgic se obține din cuarț prin topire în furnal.

Siliciul pur poate fi prelucrat în mai multe feluri, în urmă căreia, rezultă diferite aspecte, eficiențe, costuri finale.

Se disting 3 tipuri principale de celule fotovoltaice pe bază de siliciu, folosite la scară mare din punct de vedere comercial:

– monocristaline;

– policristaline;

– amorfe.

Monocristalinele se obțin sub formă de bară prin turnarea siliciului pur.

Aceste bare sunt feliate în plăci foarte subțiri cu un fierăstrău special constând dintr-o sârmă lungă pe care s-au aplicat particule de diamant și care este înfășurată pe cilindri ce se rotesc. Un bloc este complet secționat în plăcuțe de cca 0,18-0,28 mm la o singură trecere. Praful rezultat în urma debitării este inutilizabil și reprezintă până la 50 % din material. Acest proces tehnologic asigură cel mai ridicat nivel de eficiență a conversiei fotoelectrice, dar este și cea mai costisitoare variantă. Pentru obținerea de plăcuțe de siliciu la început se utiliza materia primă excedentară rezultată din fabricarea de circuite integrate, care nu corespundea calitativ dar era potrivită pentru fabricarea celulelor solare. Datorită cererii mult crescute a producției de panouri solare, această sursă are o importanță nesemnificativă. Celulele monocristaline prezintă o suprafață omogenă.

Fig. 1.10. Celulă din siliciu monocristalin

Policristalinele se obțin în urma unui proces de producție mai puțin ieftin. Siliciul pur se topește într-un cuptor cu inducție după care se toarnă într-un recipient de formă pătrată în care se supune la un proces de răcire cât mai lent posibil în cursul căruia vor apare cristale cât mai mari posibil. Recipientul are dimensiunile 50*50 cm, masa solidificată având înălțimea de 30 cm. Blocul, astfel solidificat, se taie în mai multe blocuri mai mici cu lungimea de 30 cm. La marginea cristalelor se poate observa unele defecte, diferențe între cristale. Ca urmare a acestor defecte, celulele fotovoltaice fabricate prin această metodă sunt mai puțin eficiente decât cele monocristaline, cel puțin teoretic.

Fig. 1.11. Celulă din siliciu policristalin

Structura amorfă se obține prin depunerea unui film extrem de subțire de siliciu pe o suprafață de sticlă, sau pe un substrat realizat dintr-un alt material. În acest caz, solidificarea atomilor nu se realizează într-o structură cristalină ci sub forma unei rețele atomice cu dispunere neregulată, denumită structură amorfă. În această rețea atomică apar și numeroase defecte, care diminuează performanțele electrice ale materialului. Grosimea stratului amorf de siliciu, obținut prin această metodă este mai mică de1μm. Pentru comparație grosimea unui fir de păr uman este de 50-100μm. Costurile de fabricație ale siliciului amorf sunt foarte reduse, datorită cantității extrem de reduse de material utilizat, dar eficiența celulelor fotovoltaice care utilizează siliciu amorf este mult mai redusă decât a celor care utilizează structuri cristaline de material.

Datorită costului redus, celulele fotovoltaice cu siliciu amorf se utilizează preponderent la fabricarea echipamentelor cu putere redusă, cum sunt ceasurile sau, calculatoare de buzunar.

Fig.1.12. Celulă din siliciu amorf

Celulele cu GaAs (GaliuArseniu) au randament mare, care este foarte stabil la schimbările de temperatură, la încălzire o pierdere de putere mai mică decât la celulele cristaline pe bază de siliciu. Este robust vizavi de radiația ultravioletă. Este totuși o tehnologie mai scumpă și din această cauză este utilizează de obicei în industria spațială.

Celulele cu CdTe utilizează o tehnologie foarte avantajoasă CBD (depunere de staturi subțiri pe suprafețe mari în mediu cu pH , temperatură și concentrație de reagent controlate); în laborator s-a atins un randament de 16 %.

Alte tehnologii : CIS este prescurtarea de la Cupru-Indiu-Diselenid produs de firma Würth Solar în Marbach am Neckar, Cupru-Indiu-Disulfat la firma Sulfurcell în Berlin, CIGS pentru Cupru-Indiu-Galiu-Diselenat produs în stație pilot în Uppsala/Suedia [bal07].

Fig.1.13. Tipuri de celule fotovoltaice des folosite și randamentele lor

Celulele fotovoltaice au de obicei o suprafață foarte mică. Curentul și tensiunea generate de o singură celulă sunt mici. Celulele fotovoltaice sunt conectate în serie pentru a genera o tensiune suficient de mare pentru a se putea lucra ușor cu ele, astfel formând module fotovoltaice. Acestea sunt legate la rândul lor în paralel pentru a genera curenți cât mai mari.

Mai multe module formează un panou fotovoltaic. Un panou fotovoltaic poate ajunge să genereze puteri de ordinul waților la ordinul sutelor de wați, în funcție de numărul de celule și de eficiența tehnologiei folosite. Cele mai utilizate/comercializate panouri fotovoltaice sunt cele cu 36-38 celule în total. Acestea generează în general o tensiune de între 12-24V. Aceste panouri sunt ușor utilizabile datorită faptului că trebuie doar stabilizată tensiunea și astfel se stochează ușor în baterii.

Acesta trebuie să facă față unor condiții de lucru neprielnice, pentru aceasta, panourile sunt încapsulate în materiale rezistente la condiții meteo neplăcute, ceea ce înseamnă totul de la îngheț la încălzire extremă, ploaie și grindină. Aceste sisteme sunt componentele de bază ale instalațiilor, adică, de obicei se cumpără panouri individuale, mai repede decât module sau celule individuale.

Fig.1.14. Panouri fotovoltaice formând o matrice de panouri

În figura 1.15. este prezentat un sistem clasic complet fotovoltaic insular, mai exact, întregul sistem electric, alimentat strict fotovoltaic, al casei este complet izolat de rețeaua electrică națională.

Sistemul este alcătuit din următoarele componente:

• panouri fotovoltaice

• regulatorul de încărcare al bateriilor (convertor Buck sau Boost)

• grupul de baterii de 12, 24 sau 48 V

• invertor, ce transformă curentul continuu CC in curent alternativ CA, și conține și un transformator pentru a obține 220V.

• consumator CC

• consumator CA

Fig.1.15. Sistem fotovoltaic insular complet și izolat

Aceasta configurație este destul de complexă. Sunt folosite baterii pentru stocarea energiei electrice produse in timpul zilei. Alimentarea consumatorilor se face direct in curent continuu si alternativ in mod permanent zi si noapte, datorită rețelei de CC și invertorului. Capacitatea sistemelor pot atinge ușor valori de zeci de kilowați.

Situațiile unde s-ar putea folosi acest tip de sistem sunt:

• unele case

• cabane turistice

• aplicații industriale, comerciale, agricultură, alimentare stații izolate cu diverse destinații

• iluminat public

• alimentare panouri publicitare

Energia eoliană

Energia vântului mai poartă denumirea de energie eoliană. Numele acesta provine din mitologie, de la “Eol”, el fiind zeul vântului. Energia vântului a fost folosită de către om de foarte multă vreme. Din cele mai vechi timpuri, bărcile și corăbiile se deplasau cu ajutorul vântului. Mai târziu, oamenii au clădit mori de vânt cu ajutorul cărora măcinau cereale pentru hrană. În prezent, după mulți ani, oamenii au construit niște dispozitive aparte ce captează energia vântului și o transformă în energie electrică.

Formarea energiei vântului simbolizează o sursă de energie regenerabilă produsă din puterea vântului. Vânturile sunt formate din pricina că soarele nu încălzește Pământul uniform, fapt ce creează mișcări de aer. Energia cinetică din vânt poate fi utilizată în scopul de a roti niște turbine, care sunt apte de a genera electricitate.

Câteva zone de pe pământ au aceste viteze ale vântului, dar vânturi mai intense se pot găsi la altitudini mai mari și în zone maritime și oceanice.

Atmosfera, formată în principal din oxigen, azot și vapori de apă și este definită prin presiune, temperatură și umiditate. Parametrii aceștia fluctuează cu altitudinea. [Adrian Badea, 2013].

Turbinele eoliene extrag energia vântului, transferând energia aerului care trece prin rotorul turbinei spre palele rotrului. Palele rotorului au profil de aripă.

Fig. 1.16. Secțiune transversală a unei pale a rotorului indicând vitezele și direcții. [Adrian Badea, 2013].

Planul de rotație al rotorului este verificat, astfel încât să fie perpendicular pe direcția vântului. Fluxul de aer provenit pe pala rotorului (adică vectorul sumă al vitezei vântului cu viteza locală a rotorului) provoacă o diferență de presiune între partea palei expusă vântului și cea opusă. Aerul ce se prelinge peste partea opusă vântului se deplsează la o viteză mai mare și, deci, la o densitate și presiune mai mici. Diferența aceasta de presiune degajă o forță de împingere perpendiculară pe rezultanta fluxului de aer. O componentă a acestei forțe provoacă un moment mecanic de rotație ce rotește rotorul și axul. Puterea la nivelul axului poate fi folosită în mai multe feluri. Sute de ani acesta a fost utilizată pentru măcinatul grâului sau pomparea apei, astăzi instalațiile mari moderne, cu generatoare integrate, o convertesc în energie electrică. [Adrian Badea, 2013].

Radiațiile solare sunt absorbite separat la poli față de ecuator, ceea ce duce la faptul ca energia absorbită la ecuator să fie superioară celei absorbite la poli.

Fig. 1.17. Circulația maselor de aer și vânturile rezultate [Adrian Badea, 2013].

Așadar, vântul este mișcarea orizontală a unei mase de aer dinspre o zonă cu presiuni înalte spre o zonă cu presiuni joase sub influența gradientului baric orizontal.

Deplasările de aer sunt influențate într-o manieră considerabilă și de forța Coriolis, ce apare datorită rotației Pământului în jurul axei acestuia și se exercită perpendicular pe direcția de mișcare. Acțiunea forței Coriolis face ca aerul să circule către dreapta, de la direcția sa de mișcare, în emisfera nordică și către stânga în emisfera sudică. Aceasta nu schimbă modulul vitezei vântului, ci doar direcția vântului. [Adrian Badea, 2013].

Fig. 1.18.. Efectul forței Coriolis asupra maselor de aer

Pentru aplicațiile din ingineria vântului este esențială cunoașterea vântului cu frecare din stratul limită atmosferic definit prin turbulența atmosferică.

Energia eoliană este utilizată extensiv în prezent, și turbine eoliene noi de vânt se construiesc în toată lumea, energia eoliană devenind sursa de energie cu cea mai rapidă creștere în ultimii ani. Majoritatea turbinelor eoliene produc energie peste 25% din timp, acest procent mărinând-se iarna, atunci când vânturile sunt mai puternice.

Energia eoliană este una dintre cele mai vechi surse de energie nepoluantă.

În sec. XIV, olandezii au optimizat modelul morilor de vânt, propagate în Orientul Mijlociu, și au început folosirea largă a instalațiilor eoliene la măcinarea boabelor, deci moara de vânt este strămoșul generatoarelor eoliene. [Câmpeanu V. 2007].

Energia eoliană este considerată ca fiind una dintre opțiunile cele mai trainice dintre versiunile viitorului, resursele vântului fiind nemarginite. Se evaluează că energia eoliană recuperabilă la nivel mondial se clasează la aproximativ 53000 TWh (TerraWatt/oră), ceea ce reprezintă de 4 ori mai mult decât consumul mondial actual de electricitate. [Câmpeanu V. 2007].

Din observațiile sistemelor de energii eoliene, observăm că majoritatea parcurilor eoliene sunt așezate în zone maritime sau deja în ultima perioadă în largul mărilor.

Datorită acestui fapt s-a observat și s-a studiat subiectul ajungând la concluzia că energia produsă de aerul umed este mai mare decât a aerului uscat.

Având în vedere că în zonele respective umiditatea este ridicată, înseamnă că particula de aer este încărcată cu vapori de apă, iar aceștia prin lovirea palei exercită o forță mult mai mare.

Capitolul 2. Aplicații ale surselor de energie regenerabilă

2.1. Parcuri de panouri fotovoltaice (modalitate de realizare, suprafață ocupată, electronica necesară, introducere în rețeaua națională de alimentare cu energie electrică)

Gestionarea fazei de construcție a unui parc fotovoltaic trebuie să fie în conformitate cu cele mai bune practici de management ale construcților. Scopul ar trebui să fie pentru a construi proiectul la nivelul cerut de calitate, în termenul și la costurile preconizate. În timpul realizării construcției, impactul asupra mediului, precum și problemele de sănătate și de siguranță ale forței de muncă (și alte persoane afectate) ar trebui să fie, de asemenea, gestionat cu atenție. Respectarea standardelor și normativelor în domeniu poate facilita finanțarea unui proiect de acest fel.

Proiectare unei instalații FV implică o serie de compromisuri care vizează realizarea unui cost cât mai mic posibil al energiei electrice produse. Alegerea tehnologiei corespun-zătoare (mai ales la module și invertoare), este de o importanță deosebită. Selectarea unui modul necesită evaluarea unei game complexe de variabile. Această evaluare va include, cel puțin costul, de puterea de ieșire, avantajele / dezavantajele tipului de tehnologie, calitatea, răspuns spectral de performanță în condiții de lumină redusă, putere nominala, nivelul de toleranță, rata de degradare și termenul de garanție. Factorii care trebuie luați în considerare atunci când selectăm invertoarele sunt compatibilitatea cu tehnologia modulelor, respectarea codului rețelei și a altor reglementări aplicabile, dispunerea invertorului, fiabilitatea, disponibilitatea sistemului, service, modularitatea, cerințele de telemetrie, localizarea invertorului, de calitate și de cost.

Selectarea unui site (locația) potrivit este o parte esențială a dezvoltării unei soluții viabile pentru proiectul unui parc fotovoltaic. În selectarea unui site, scopul este de a maximiza producția și pentru a minimiza costurile.

Principalele constrângeri care trebuie să fie evaluate includ:

• Resursa solară – iradierea globală orizontală, variația anuală multianuală a acesteia, impactul fenomenului de umbrire.

• Climatul local – inundații, vânturile puternice, zăpada și temperaturile extreme.

• Suprafata disponibilă – zona necesară pentru amplasarea module în funcție de tehnologia aleasă, cerințele referitoare la drumurile de acces, unghi de înclinare și minimizarea distanței între rânduri pentru eliminarea fenomenului de umbrire.

• Utilizarea terenurilor – acest lucru va afecta costul terenului și implicațiile asupra mediului. Impactul altor utilizatori asupra terenurilor din locație trebuie să fie luate în considerare.

• Topografic – suprafețele plane și orientate spre sud sunt de preferat pentru proiectele din emisfera nordică.

• Geotehnic – inclusiv luarea în considerare a apelor subterane, rezistivitate, proprietățile portante ale solului, nivelul pH-ului și gradul de risc seismic.

• Implicații juridice – zonele sensibile din punct de vedere litigios ar trebui să fie evitate.

• Accesibilitate – apropierea de drumurile existente, necesarul de drumuri noi.

• Conectarea la rețea -costul, termenele de conectare, capacitatea tehnică, nivelul de tensiune, proximitatea și disponibilitate.

• Murdărirea modulelor incluzând condițiile meteo locale, condițiile de mediu și factorii de influență de natură umană și de către animalele sălbatice.

• Disponibilitatea apei – o sursă de apă este necesară pentru curățarea modulelor.

• Stimulente financiare – tarifele și alte stimulente, precum și durata de aplicarea a acestora.

Cerințele de autorizare și licențiere variază, în funcție de locul de amplasare a proiectului, de tipul de autorizații sau licențe. De obicei autorizațiile și licențele necesare pentru proiectele de energie regenerabilă includ:

• Titlul de proprietate sau contract de închiriere a terenului.

• Certificatul de urbanism emis de autoritățile locale

• Evaluarea impactului asupra mediului. (Acordul de mediu – studiul de impact)

• Autorizația de construcție / obținerea acordurilor legale.

• Avizul tehnic de racordare la rețea.

• Acordul de principiu pentru preluarea puterii produse

• Licențierea, după caz, a parcului fotovoltaic.

Design-ul parții electrice al unui proiect FV poate fi împarțit în partea de sistem de curent continu și sisteme de curent alternativ.

Sistemul de curent continu conține urmatoarele:

• Șirurile de module fotovoltaice.

• Invertoare.

• Cablele de c.c. (între modulele din șir, de la șir la cablul principal).

• Conector de c.c. (fise și prize de curent).

• Cutii de joncțiune / combinatoare.

• Elemente de conectare / deconectare switch-uri.

• Dispozitive de protecție.

• Sistemul de legare la pamânt.

Sistemul de curent alternativ conține următoarele:

• Cable de curent alternativ.

• Comutatoare.

• Transformatoare.

• Substații.

• Sistemul de legare la pamânt și protecția la supratensiuni.

Toate aspectele, atât pe partea de c.c, cât și pe partea de c.a. ar trebui să fie verificate și optimizate. Potențialul economic, câstigurile de la o astfel de analiză sunt mult mai mari decât costul pe care-l presupune aceasta verificare și optimizare.

În scopul de a realiza o instalație de înaltă performanță din punct de vedere fotovoltaic, încorporarea de sisteme pentru achiziție automată a datelor și de monitorizare este esențială. Acest lucru permite ca producția parcului fotovoltaic să fie monitorizată și apoi comparată cu calculele efectuate inițial referitor la iradierea solară pentru a face corecțiile necesare. Inadvertențele pot fi apoi detectate și remediate înainte de a avea un efect semnificativ asupra producției.

În plus, centralele electrice în mod uzual, trebuie să ofere prognoza pe 24 de ore (în pași de câte jumatate de oră) la operatorul de retea. Aceste previziuni ajută operatorii de rețea pentru a asigura continuitatea în aprovizionare.

Selectarea tehnologiilor adecvate și optimizarea principalelor sisteme electrice este în mod clar vitală. Alaturi de acestea trebuie luată în considerare în detaliu infrastructura mediului înconjurator, inclusiv structurile pe care se monteaza modulele fotovoltaice, sistemele de control, construcțiile anexe și drumuri de acces precum si sistemele de securitate și de supraveghere ale site-ului. Sistemele trebui sa fie relativ simplu de proiectat si realizat, erori în aceste sisteme pot avea un impact disproportionat asupra proiectului.

Conectarea la rețea a sistemelor (radială sau inelară)

Conectarea la rețea, în cazul sistemelor mari, când avem prezente mai multe invertoare, centrale sau soluții la cheie (putere peste 1500MW), pune în discuție varianta de conectare la rețea: radială sau inelară.

Caracteristicele soluției de conexiune radială:

• Soluție având costuri reduse în cazul a 3-4 linii de conexiune sau pentru sisteme

până la 3-4 MW.

• Mai puține celule de medie tensiune.

• Convenabilă, în cazul în care stația de conexiuni este amplasată în mijlocul parcului fotovoltaic.

• Costurile cablurilor de conexiune de medie tensiune cresc funcție de distanța fiecarei celule de conexiuni față de punctul de racordare.

• Soluție greu de aplicat în cazul în care punctul de racord trebuie amplasat la limita de proprietate, cazul cel mai întîlnit în România.

Caracteristicele soluției de conexiune inelară:

• Soluție ieftină în cazul în care sunt necesare mai mult de 4-5 puncte de conectare.

• Numar crescut de celule de medie tensiune.

• Disponibilitatea maximă a sistemului în cazul în care se produce un defect în linia

de medie tensiune.

• Soluție adaptabila pentru orice configurare a stației de conexiuni.

• Costuri reduse în cazul în care stațile de conexiuni sunt distribuite pe o suprafață întinsă a parcului fotovoltaic (de mari dimensiuni).

2.2. Centrale eoliene de mare putere (modalitate de realizare, suprafață ocupată, electronica necesară, introducere în rețeaua națională de alimentare cu energie electrică)

Capitolul 3. Sistem de iluminare automatizat

3.1. Prezentarea metodei și a aparaturii utilizate

Utilizarea energiilor regenerabile pentru producerea de energie electrică poate fi realizată la nivel industrial sau individual. În cazul parcurilor fotovoltaice, întâlnim două situații distincte: producerea de energie electrică și introducerea în sistemul energetic național și, mai rar, asigurarea energiei electrice pentru un obiectiv industrial. Directivele europene ne atrag atenția asupra necesității măririi procentului de energie electrică produsă din surse regenerabile. Dacă toate resursele exploatabile la nivel industrial sunt epuizate, mai rămâne utilizarea individuală e resurselor regenerabile.

În această lucrare mi-am propus să studiez producerea energiei electrice și utilizarea acesteia într-o aplicație pentru o locuință individuală. Sistemul pe care-l propun utilizează o sursă duală de energie pentru asigurarea iluminatului nocturn al exteriorului unei locuințe. Pentru încărcarea acumulatorilor am utilizat atât o mică turbină eoliană cu ax orizontal cât și un panou fotovoltaic. Sursa de lumină aleasă pentru studiu este economică, utilizând led-uri.

În figura 3.1. este prezentată schema utilizată pentru studiul asigurării iluminării nocturne din lucrarea mea.

Figura 3.1. Schema sistemului de iluminare nocturnă

Funcționarea sistemului de iluminare nocturnă pentru o locuință se bazează pe următoarele componente:

Sursă de energie (panou fotovoltaic și eoliană cu ax orizontal),

Electronică (controller hibrid),

Acumulatori (baterie 12V cc),

Sursă de lumină (led-uri).

Producerea electricității din surse regenerabile se poate face cu ajutorul unei turbine eoliene de mici dimensiuni, cu o putere maximă de 500W. Pentru experimentele mele am utilizat o turbină eoliană Ista Breeze 500. Aceasta este o turbină eoliană de putere mică formată dintr-un suport de ancorare pe un stâlp de ridicare la înălțime, un generator electric de putere nominală de 400W, maximul fiind de 500W. Punerea în mișcare a generatorului este realizată prin captarea energiei vântului cu ajutorul celor 3 pale din plastic ranforsat cu fibră, având lungimea de 61cm. (Ista Breeze 500, Manual tehnic).

În tabelul 3.1 sunt prezentate principalele caracteristici ale turbinei eoliene Ista Breeze 500 iar în figura 3.2. este prezentată dependența energiei produse în funcție de viteza vântului.

Tabelul 3.1. Specficații tehnice Ista Breeze 500

Figura 3.2. Dependența putere/viteza vântului pentru turbina Ista Breeze 500.

(https://www.istabreeze.com/online/index.php?route=product/product&product_id=50)

În figura 3.2 se observă o scădere drastică a puterii produse de turbina Ista Breeze 500 după depășirea valorii vitezei vântului de 15m/s. Acest fapt se datorează proiectării palelor pentru a fi eficiente în zona de valori a vitezei vântului cuprinsă între 10 și 15m/s și protejării acestora la valori mari ale vitezei vântului.

A doua sursă de energie utilizată este un panou fotovoltaic de mică putere. Panoul fotovoltaic a fost achiziționat din comerț, fiind folosit în mod uzual pentru producerea de energie electrică. Acest tip de panou poate fi folosit individual sau în serie sau paralel cu alte panouri, până la atingerea parametrilor necesari instalației de producere a electricității.

Mai multe panouri interconectate pot furniza suficientă energie pentru uzul casnic al unei locuințe. Pentru utilajele electrice de mare putere sau pentru aplicații industriale sau de utilitate publică sunt necesare sute de panouri ce vor fi interconectate pentru a forma un singur sistem PF-V mai mare.

Panoul fotovoltaic are următoarele caracteristici:

– Tipul panoului fotovoltaic: 50-12 ( mono – cristaline)

– Puterea maximă (Pmax): (W) : 50

– Toleranță constuctivă: (%) : ±3

– Intensitatea maximă a curentului (Imp): (A) : 2.80

– Valoarea maximă a diferenței de potențial (Vmp) (V): 17.5

– Curentul de scurt-circuit (Isc) (A): 3.02

– Tensiunea maximă în gol (Voc) (V): 21.6

– Masă (kg): 6.9

– Dimensiuni (mm): 840*540*30

Panoul fotovoltaic are o durata de viață de 25 de ani, garantată de producător.

Preluarea energiei electrice produsă de turbina eoliană și panoul fotovoltaic s-a făcut cu ajutorul controlerului Wellsee WS-WSC 15. Principalul avantaj al acestui controler este că permite racordarea atât a unei turbine eoliene cât și a unui sistem de panouri fotovoltaice, utilizând același set de acumulatori. În figura 3.3 este prezentat controlerul Wellsee achiziționat pentru laboratorul de mediu al Facultății de Științe.

Figura 3.3. Controlerul Wellsee WS-WSC15

(http://www.wellsee.cc/)

Controlerul Wellsee WS-WSC15 este un controler hibrid ce permite conectarea simultană a turbinei eoliene și a panourilor fotovoltaice. Principalele caracteristici tehnice ale acestui controler sunt prezentate în tabelul 3.2.

Tabelul 3.2. Controlerul Wellsee WS-WSC15 (http://www.wellsee.cc/)

Măsurarea tensiunilor de pe controler și de pe acumulator au fost efectuate cu un multimetru digital. Acesta este produs în China și a fost achiziționat din comerț. Această variantă a fost una potrivită din punct de vedere al montajului experimental. Deși controlerul poate opera cu curenți de până la 15A, puterea generată de turbină nu a fost suficientă pentru a se depăși 10A, curentul maxim suportat de multimetrul digital folosit în măsurători.

În măsurători am utilizat un acumulator Sunlight, fabricat în Grecia utilizat în aplicații staționare, deep cycle (permite descărcarea adâncă fără deteriorare) cu următorii parametri: tensiunea nominală 12V cc, capacitatea de stocare 12Ah. Măsurarea vitezei vântului a fost făcută cu ajutorul unui anemometru cu cupe Windmaster 2, fabricat în Germania iar intensitatea luminii cu ajutorul unui luxometru CEM 8820. Am utilizat ca sursă de lumină 100 de led-uri cu tensiunea de alimentare de 12V cc și puterea consumată de 5W. În figura 3.4 este prezentată o fotografie a tuturor aparatelor utilizate în experiment înainte de montarea lor.

Figura 3.4. Aparatura utilizată în experiment

3.2. Achiziția datelor experimentale

Datele experimentale au fost achiziționate pe parcursul unei săptămâni din luna iunie, cu scopul verificării funcționării sistemului propus pentru asigurarea iluminării (o singură sursă de lumină) pe timp de noapte pentru o locuință. Pentru a realiza acest lucru, am instalat turbina eoliană la înălțimea de 4m față de sol, folosindu-mă de acoperișul unei magazii. În figura 3.5 este prezentată o fotografie a eolienei după instalare.

Figura 3.5. Instalarea centralei eoliene Ista Breeze

Panoul fotovoltaic a fost montat pe același acoperiș de magazie, fără orientare după soare. Acest fapt reduce eficiența panoului fotovoltaic dar demonstrează utilitatea folosirii acestuia pentru producerea de energie electrică. Prin îmbunătățirea sistemului de orientare, energia produsă de panoul fotovoltaic va crește susținând și mai bine alimentarea acumulatorului. În figura 3.6 este prezentată o fotografie a panoului fotovoltaic montat pe acoperișul magaziei din care se observă unghiul mic (aproximativ 60 de grade la amiază) de incidență a razelor solare pe panou.

Figura 3.6. Instalarea panoului fotovoltaic

Ambele surse de energie regenerabilă au fost cuplate la controller pentru încărcarea acumulatorului electric de 12V. În figura 3.7 este prezentată o fotografie a controllerului după realizarea tuturor conexiunilor electrice.

Figura 3.7. Realizarea legăturilor electrice

Funcționalitatea sistemului de iluminare nocturnă a fost verificată pentru un număr de 7 cicluri încărcare descărcare. Astfel, după realizarea montajului experimental, am măsurat tensiunea acumulatorului, repetând această operațiune timp de 7 zile. În acest timp, am măsurat periodic și tensiunea și intensitatea curentului electric prin sursa de lumină în timpul funcționării acesteia.

Sursa de lumină a fost pornită în fiecare seară, la ora 21 și oprită în fiecare dimineață la ora 8. Astfel, am avut un ciclu de încărcare al acumulatorului de 24h pentru turbina eoliană (atunci când sufla vântul) și un ciclu de 14h de încărcare pentru panoul fotovoltaic. Consumatorul (led-urile) a funcționat timp de 11h în fiecare zi.

Măsurătorile experimentale au urmărit determinarea principalilor parametrii: tensiunea acumulatorului după o zi de încărcare și după o noapte de alimentare a consumatorului, tensiunea generată de panoul fotovoltaic în funcție de momentul zilei și tensiunea generată de eoliană în funcție de viteza vântului. În tabelul 3.3 sunt prezentate rezultatele experimentale ale tensiunii electrice a acumulatorului utilizat.

Tabelul 3.3. Măsurarea tensiunii electrice a acumulatorului

În tabelul 3.4 sunt prezentate măsurătorile experimentale ale tensiunii electrice generate de panoul fotovoltaic, în funcție de momentele zilei. Măsurătorile au fost efectuate dimineața (ora 8), la prânz (ora 12), după amiază (ora 16) și seara (ora 20).

Tabelul 3.4. Tensiunea generată de panoul fotovoltaic

În tabelul 3.5 sunt prezentate rezultatele experimentale ale tensiunii electrice și intensității curentului electric generate de turbina eoliană în funcție de viteza măsurată a vântului.

Tabelul 3.5. Tensiunea electrică și intensitatea curentului generate de eoliana Ista Breeze

3.3. Prelucrarea și interpretarea datelor experimentale

Scopul acestei lucrări este acela de a demonstra utilitatea metodei și aparaturii folosite pentru asigurarea iluminatului nocturn pentru o locuință. Din acest punct de vedere, cel mai important rezultat al experimentelor era susținerea alimentării cu energie electrică a consumatorului, sursei de lumină, zi de zi fără reîncărcare de la rețea, doar de la sursele de energie regenerabile. Pentru atingerea acestui scop, am utilizat două surse de energie: panou fotovoltaic și eoliană cu ax orizontal. În tabelul 3.6 sunt reprezentate valorile medii ale fluxului luminos din timpul unei zile și tensiunea electrică medie generată de panoul fotovoltaic.

Tabelul 3.6. Tensiunea medie produsă de panoul fotovoltaic în funcție de fluxul luminos mediu

Se observă o ușoră creștere a valorilor medii ale tensiunii produse de panoul fotovoltaic, explicabilă și prin creșterea fluxului luminos mediu. În zilele cu soare, cantitatea de energie electrică produsă de panoul fotovoltaic crește, încărcând acumulatorul. În același timp, maximul fluxului luminos al unei zile poate fi mai mare decât în altă zi dar, dacă au apărut și nori, este posibil ca energia totală produsă de panoul să fie mai mică decât în ziua în care fluxul luminos a fost mai mic dar constant pe o perioadă mai mare de timp.

În figura 3.8 este prezentată dependența dintre tensiunea medie generată de panoul fotovoltaic și fluxul luminos mediu din ziua respectivă.

Figura 3.8. Dependența tensiunii medii de fluxul luminos mediu pentru panoul fotovoltaic

Creșterea tensiunii produse de panoul fotovoltaic este foarte mare într-un interval relativ mic al creșterii fluxului luminos. Acest fapt este specific funcționării panourilor fotovoltaice, a căror tensiune maximă produsă poate fi de aproximativ 19V pentru o zi însorită și un unghi de incidență al razelor solare de 90o.

Prelucrarea datelor experimentale pentru măsurătorile efectuate asupra eolienei sunt prezentate în figura 3.9 unde am redat dependența puterii produse în funcție de viteza vântului. Această caracterizare nu a putut fi realizată și în funcție de zilele în care am studiat sistemul de iluminare prezentat în lucrare pentru că variațiile vitezei vântului au fost prea mari.

Figura 3.9. Puterea generată de eoliana Ista Breeze 500

Utilizarea ciclică a instalației de iluminat nocturnă presupune o alternanță între încărcarea acumulatorului în timpul zilei de la panoul fotovoltaic și ziua și noaptea de la eoliana Ista (atunci când a suflat vântul). Controllerul folosit în experimente permite utilizarea consumatorului în timpul încărcării acumulatorului dacă tensiunea de pe acesta nu scade sub valoarea setată din fabrică. În figura 3.10 este prezentată evoluția tensiunii de pe acumulator în cele 7 zile ale experimentului și în cele două momente ale zilei: dimineța și seara.

Figura 3.10. Tensiunea acumulatorului în funcție de momentul măsurătorii și zile

Aspectul de dinte de fierăstrău al dependenței tensiunii de pe acumulator în funcție de momentul zilei este datorat ciclului de încărcare descărcare al acestuia: în timpul zilei, lipsa consumatorului a făcut ca tensiunea electrică a acumulatorului să crească, iar în timpul nopții să scadă pe măsură ce a alimentat sistemul de iluminat nocturn. Chiar și așa, am observat o creștere a valorilor tensiunii înregistrate dimineața și seara. Acest fapt demonstrează că acumulatorul a primit mai multă energie pe perioada celor 7 zile decât a consumat pentru alimentarea ledurilor. Tendința de creștere a tensiunii maxime este mai accentuată în primele zile pentru că acumulatorul nu mai fusese utilizat de câteva luni, după care creșterea s-a micșorat pe ultimele zile ale experimentului. Acest fapt poate fi explicat prin atingerea capacității maxime de încărcare a acumulatorului cu ajutorul panoului fotovoltaic și eoliana Ista 500.

Pentru perioada anului în care am efectuat aceste experimente pot spune că sistemul se autosusține, asigurându-și suficientă energie electrică pentru alimentarea led-urilor utilizate la iluminatul nocturn. Mai mult, tendința de creștere a tensiunii de pe acumulator dovedește faptul că utilizarea unui controller hibrid (panou fotovoltaic plus eoliană) și a unor consumatori mici de energie electrică asigură un surplus de energie care este stocat în acumulator și poate fi utilizat în zilele cu mai puțin soare sau fără vânt. Folosirea celor două sisteme regenerabile de producere a energiei electrice asigură o compensare reciprocă suficient de bună pentru sistemul propus de mine în această lucrare.

Concluzii

Creșterea consumului de energie la nivel mondial stimulează în permanență specialiștii pentru găsirea de noi resurse energetice. Accentul pus pe producerea energiei din surse regenerabile s-a mutat din zona de producere la nivel industrial către producția individuală, pentru consum propriu. Această metodă va asigura o creștere a procentului utilizării energiilor regenerabile în raport cu alte surse poluante.

Sistemul de iluminat nocturn propus și studiat în lucrarea mea reprezintă o soluție relativ ieftină și ecologică de asigurare a luminii în jurul unei locuințe individuale prin folosirea energiei regenerabile. Electronica utilizată mi-a permis racordarea la același acumulator și la același consumator (sursa de lumină) a două sisteme diferite: un panou fotovoltaic și o turbină eoliană cu ax orizontal. Studiul efectuat a avut ca scop determinarea viabilității soluției propuse de iluminare nocturnă a unei locuințe.

Măsurătorile efectuate au demonstrat utilitatea soluției prezentate care a putut asigura timp de șapte zile iluminatul nocturn. Atât panoul fotovoltaic dar și eoliana Ista au produs energie electrică suficientă pentru încărcarea acumulatorului utilizat și asigurarea iluminatului cu ajutorul led-urilor pe parcursul întregii nopți.

În cadrul experimentelor efectuate, am stabilit că sursele de energie utilizate au generat mai multă energie decât s-a consumat în timpul nopții cu sistemul de iluminare, ceea ce a condus la o creștere constantă a tensiunii pe acumulator. Acest fapt demonstrează capacitatea soluției propuse de a înmagazina energie și a o utiliza atunci când sursele vor genera mai puțin energie. Prin alegerea optimă a componentelor unui astfel de sistem de iluminare nocturnă, se poate asigura sursa de lumină și în timpul iernii, când cantitatea de energie produsă de panoul fotovoltaic scade foarte mult. În compensare, în timpul iernii crește durata zilelor cu vânt, ceea ce poate suplini lipsa soarelui și a energiei produsă prin efect fotoelectric.

Soluția prezentată în lucrarea mea este utilă tuturor proprietarilor de locuințe pentru că asigură în mod independent de rețeaua de energie electrică, iluminatul nocturn al caselor, fără costuri suplimentare. Sunt astfel îndeplinite mai multe cerințe legate de confort, siguranță și aspect ale locuinței utilizând resurse regenerabile.