Instalatie Termica Solara Pentru Prepararea Apei Calde Menajere

CUPRINS

Capitolul I – Aspecte teoretice

Introducere

Informatii generale privind Soarele

Efectul energetic al soarelui

Radiația solara

Soarele și balanța de energie

Cantitatea și calitatea radiației solare

Efectul pantei asupra radiației solare

Activitatea solară și clima

Tipuri de radiatii solare

Radiatia solara directa

Radiatia solara difuza

Radiatia solara globala

Radiatia solara reflectata

Radiatia absorbita

Radiatia solara in Romania

Capitolul II – Soluții tehnice pentru realizarea instalațiilor solare

2.1 Descrierea instalațiilor solare

2.1.1 Instalații solare fără transportul căldurii – captator solar cu acumulator

2.1.2 Instalații solare cu circulație gravitațională

2.1.3 Instalații solare cu circulație forțată

2.2 Exemple de instalații solare

Capitolul III – Instalatie termica solara pentru prepararea apei calde menajere

3.1 Informații generale privind nevoile de apă caldă

3.2 Date si informatii initiale

3.3 Calculul energetic

3.4 Izolația termică

3.5 Structura schematică a sistemului PROFI SOLAR

3.6 Date privind dimensionarea circuitului solar

3.7 Estimare tehnico-economică

Capitolul IV – Administrarea și întretinerea sistemului

4.1 Umplerea

4.2 Punerea în funcțiune

4.3 Întreținerea periodică

4.3.1 Periodicitatea și conținutul intervențiilor de întreținere

4.3.2 Justificarea inspecțiilor și a intervențiilor de întreținere

4.4 Impactul asupra mediului ambiant

CAPITOLUL I

ASPECTE TEORETICE

1.1 Introducere

Am ales pentru lucrarea de diploma aceasta tema, intitulata “Instalatie solara pentru producerea apei calde menajere”, deoarece radiatia solara constitue principala sursa energetica a fenomenelor naturale. Radiatia solara este cea care prin încalzirea diferentiata a suprafetei terestre produce miscarile atmosferei cu varietatea lor extraordinara de forme de la uragane pâna la cele mai slabe adieri ale vântului. Tot radiatia solara, este cea care prin procesul de fotosinteza este transformata în hrana necesara vegetatiei terestre. Modelarea reliefului începe si ea cu minusculele fisuri provocate de incalzirea si racirea rocilor sub influenta radiatiei solare. Si exemplele pot continua. De aceea orice analiza a unui fenomen natural trebue sa aiba în vedere si radiatia solara. Ea constitue si o inepuizabila sursa de energie pentru om, mai ales ca ea este o energie curata, neplouanta. S-a dezvoltat chiar si o arhitectura solara, care tine seama de necesitatile de captare si de stocare a acestei energii.

In conditiile actuale, in care problematica energetica castiga in importanta, iar protectia mediului a devenit o cerinta a societatii, s-au intensificat si eforturile pentru dezvoltarea tehnologiilor de valorificare a energiilor neconventionale (solare, eoliene, geotermale etc.).

Dezvoltarea si perfectionarea tehnologiilor de captare si valorificare a radiatiei solare ramane un subiect de actualitate, datorita avantajelor pe care energia solara le ofera:

• Soarele este o sursa de energie nepoluanta si practic inepuizabila, – la scara omenirii – estimandu-se o durata a existentei radiatiei sale de cel putin 4 bilioane de ani; Soarele emite in spatiu o cantitate mare de energie, din care Pamantul primeste anual circa 2,8×1021 kJ; are un potential energetic urias, astfel incat daca s-ar acoperi a mia parte din suprafata Pamantului cu captatori avand un randament de 5%, s-ar obtine anual circa 60 miliarde de MWh; este o sursa de energie dispersa, fapt ce permite utilizarea ei prin conversie in alte forme de energie, direct la locul de consum, eliminandu-se astfel transportul la distanta; [1]

• Energia solara poate fi transformata in alte forme de energie – termica, electrica, mecanica sau chimica, cu ajutorul captatoarelor. Forma, tipul si marimea acestor instalatii/dispozitive de conversie a energiei solare depinde de energia nou creata si pot fi executate in variante constructive simple sau mai complexe, obtinandu-se performante corespunzatoare tehnologiilor folosite.

Pentru a putea fi folosita radiatia solara trebue sa fie masurata, analizata în distributia ei spatio-temporala. Nu trebue uitat ca radiatia solara este în acelasi timp un fenomen fizic cât si astronomic, ea fiind influentata de geometria Pamânt – Soare.[2]

1.2 Informatii generale privind Soarele

La fel ca și celelalte stele, Soarele este o enormă sferă cu raza de 695.000 km, având o densitate medie de 1400 kg/m3, iar masa lui reprezintă 99,85% din masa totala a sistemului solar. El este format în principal din hidrogen ( 71% hidrogen, 27% heliu și 2% alte elemente). În centrul Soarelui temperatura este de 15.6 milioane grade Kelvin iar presiunea este de 250 miliarde atmosfere, de 100 de milioane de ori mai mare decât cea din centrul Pământului. În centrul miezului, densitatea Soarelui este de 150 de ori mai mare decât cea a apei. Energia solară (386 miliarde de miliarde de megawați) provine din reacțiile termonucleare ce au loc în nucleul sau, unde la temperaturi ridicate patru nuclee de hidrogen fuzionează pentru a produce un nucleu de heliu cu eliberarea unei energii uriașe. În fiecare secunda, aproximativ 700000000 tone de hidrogen sunt convertite în 695000000 tone de heliu și 5000000 tone de energie sub formă de raze gama. Energia eliberată în acest proces este echivalentă cu cea eliberată de explozia a 100 de miliarde de bombe cu hidrogen pe secundă. În drumul său spre suprafața, energia este continuu absorbită și reemisă la temperaturi tot mai scăzute astfel încât în momentul când ajunge la suprafața, este în mare parte lumină vizibila. Pentru ultima porțiune de 20% din distanța pe care ii are de parcurs până la suprafața, energia este transportată mai mult prin convecție decât prin radiație.

Soarele este format dintr-o parte centrală și atmosfera solară. Atmosfera solară este compusă din: fotosfera, cromosfera și coroana solară [3, 4].

1.3 Efectul energetic al soarelui

1.3.1 Radiația solara

Soarele este o masa de materie gazoasă și fierbinte care emite radiații la o temperatura efectiva de aproximativ 6000oC și care degaja cantități enorme de energie la suprafața lui. O mică fracțiune din această energie ajunge pe Pământ.

Din punct de vedere observațional, radiația solară este caracterizată cantitativ prin marimea numită constanta solara. Constanta solară reprezintă cantitatea de energie solară (integrala) ce este primită pe o suprafață normala (plasată perpendicular pe directia razelor solare) situată la limita atmosferei terestre, la distanța medie a Pământului de Soare, în unitatea de timp. Valoarea constantei solare este de 1,355 kW/m2 (1.94 cal/cm2/min). Această valoare se modifică datorită variației periodice a distantei Pământ – Soare și datorită fenomenelor solare.

Fluxul integral de energie radiantă care vine de la Soare spre Pământ este variabil, în funcție de variația distantei Pământ – Soare. Distanța medie Pământ – Soare este de aproximativ 149 milioane km, iar traiectoria Pământului în jurul Soarelui este o usoară elipsă excentrica; această distanță se modifică periodic odată cu solstițiul de vara, respectiv solstițiul de iarna.

Radiația ce vine de la soare include tot spectrul radiației electromagnetice. Atmosfera terestră este transparentă la majoritatea radiațiilor de anumite lungimi de undă din spectrul vizibil dar absoarbe radiația ultravioleta. O parte din lumina este reflectată înapoi în spațiu de catre nori. Altă parte din radiație este reflectată de suprafața pământului, în special de zapadă și gheața. Procentul de radiație solară absorbită de pământ depinde de abundența și distributia norilor, pământului, apei, ghetii și a vegetației. Albedo-ul este procentul de radiație reflectată comparativ cu cea absorbita. Oceanele au un albedo scazut (7 la 23 %), deoarece apa este întunecată și absoarbe lumina incidenta. Suprafața pământului are un albedo ce se modifică de la scazut la moderat (8-35 %). Gheața are un albedo ridicat (40-90%), ea reflectând majoritatea luminii ce cade pe ea. Un albedo mediu este în jur de 30% [5-9].

Radiația globala primită de la Soare de catre o suprafața orizontala la nivelul solului, pentru o zi senina, se compune din suma între radiația directă și radiația difuza. Radiația solară directă depinde de orientarea suprafeței receptoare. Radiația difuză poate fi considerată aceeași, indiferent de orientarea suprafeței receptoare, chiar dacă în realitate există mici diferente.

Radiația solară este influentată de modificarea unghiului de înaltime al Soarelui, a înclinarii axei Pământului, de modificarea distantei Pământ – Soare precum și de latitudinea geografica.

Factorii meteorologici care au o influentă importantă asupra radiației solare la suprafața Pământului sunt: transparentă atmosferei, nebulozitatea, felul și pozitia norilor.

Relația dintre factorii meteorologici și radiația solară este monitorizată lunar și pentru fiecare anotimp în diferite zone.

1.3.2 Soarele și balanța de energie

Climatul pământului este dat de interacția dinamică între radiația solară și atmosfera, hidrosfera, biosfera, criosfera și litosfera sa. Climatul pământului este rezultatul balantei de energie între radiația primită și cea cedată. [5]

Sursa de energie ce conduce sistemul climatic este radiația solara. Aproximativ jumatate din radiație este în zona lungimilor de undă ale radiațiilor vizibile. Cealaltă parte este aproape de infraroșu, iar o mică cantitate în ultraviolet. Fiecare metru patrat din suprafața pământului în afara atmosferei primește o medie anuală de radiație solară de 342 wați, 31% din ea fiind imediat reflectată înapoi în spațiu de nori, de atmosfera, și de suprafața pământului. Din partea care rămâne de 235 W/m2, o parte este partial absorbită de catre atmosferă, dar circa 168 W/m2 încălzește suprafața pământului și a oceanelor. Suprafața pământului retrimite o parte din energie înapoi în atmosferă sub formă de radiații infrarosii sau ca vapori de apa.

Fiecare obiect fizic radiază energie într-o cantitate și la o lungime de undă tipică pentru temperatura obiectului. La temperaturi mai înalte este radiată mai multă energie la lungimi de undă mai mici. Pentru ca pământul să radieze 235 W/m2 va trebui să radieze la o temperatura de −19°C cu lungimi de undă în zona infrarosie a spectrului. Această temperatură este cu 33°C mai scazută decât temperatura medie de 14°C de la suprafața pământului.

După anii ’70 s-a masurat din spațiu radiația totala solară și s-a constatat că, „constanta” solară de fapt variază. Între minimul și maximul ciclului solar de 11 ani, variația radiației totale solare este de 0.08% (aproximativ 1.1 W/m2). Deși instrumentele sunt capabile de această precizie, calibrarea lor absolută este mult mai slaba, momentan find estimată la circa 4 W/m2 [10].

Deoarece masurarea directă a radiației totale solare este posibila doar de câtiva ani, pentru reconstructia radiației totale solare din trecut, se recurge uzual la anumiti indicatori ca: numarul petelor solare, diametrul soarelui, etc., care sunt calibrați în funcție de radiația totala solara. Datele publicate de diversi autori sunt însă contradictorii și astfel nu este foarte clar dacă indicatorii sunt satisfacatori pentru indicarea valorilor vechi ale radiației totale solare.

Cunoașterea radiației totale solare este nesigură chiar și de-a lungul secolului XX, ca să nu mai vorbim de trecut. De asemenea încă nu este sigur dacă stratul de ozon se modifică odată cu modificarea radiației totale solare sau dacă razele cosmice au un impact asupra formarii norilor.

Din punct de vedere energetic, partea cea mai importantă a energiei radiației solare din afara atmosferei se gaseste în intervalul spectral 0,20 – 3,0µm. În acest interval, este emisă aproximativ 97% din energia totala, iar diferența de 3 % este emisă în bandă de emisie cuprinsă între 1010 și 103 m.

Din punct de vedere al cantității și tipului de energie transmisa, radiația solară care ajunge pe pământ este compusă dtre minimul și maximul ciclului solar de 11 ani, variația radiației totale solare este de 0.08% (aproximativ 1.1 W/m2). Deși instrumentele sunt capabile de această precizie, calibrarea lor absolută este mult mai slaba, momentan find estimată la circa 4 W/m2 [10].

Deoarece masurarea directă a radiației totale solare este posibila doar de câtiva ani, pentru reconstructia radiației totale solare din trecut, se recurge uzual la anumiti indicatori ca: numarul petelor solare, diametrul soarelui, etc., care sunt calibrați în funcție de radiația totala solara. Datele publicate de diversi autori sunt însă contradictorii și astfel nu este foarte clar dacă indicatorii sunt satisfacatori pentru indicarea valorilor vechi ale radiației totale solare.

Cunoașterea radiației totale solare este nesigură chiar și de-a lungul secolului XX, ca să nu mai vorbim de trecut. De asemenea încă nu este sigur dacă stratul de ozon se modifică odată cu modificarea radiației totale solare sau dacă razele cosmice au un impact asupra formarii norilor.

Din punct de vedere energetic, partea cea mai importantă a energiei radiației solare din afara atmosferei se gaseste în intervalul spectral 0,20 – 3,0µm. În acest interval, este emisă aproximativ 97% din energia totala, iar diferența de 3 % este emisă în bandă de emisie cuprinsă între 1010 și 103 m.

Din punct de vedere al cantității și tipului de energie transmisa, radiația solară care ajunge pe pământ este compusă din: 3% radiație ultravioletă + 55% radiație infrarosie + 42%  lumina vizibila. Fiecareia din aceste trei parti ale radiației ii corespunde câte un spectru definit prin urmatoarele intervale de lungimi de unda:  

– radiația ultraviolet de la 0,28 la 0,38 microni,

– radiația vizibila de la 0,38 la 0,78 microni, 

– radiația infrarosie de la 0,78 la 2,5 microni. 

Repartiția energetică a radiației solare globale, funcție de lungimea de undă între 0,3 și 2,5 microni, pentru o suprafața perpendiculară pe acea radiație, este reprezentată în figura 1.1.

Fig. 1.1 Repartiția energetică a radiației solare globale în funcție de lungimea de unda. [11]

Radiația solară globala ultravioleta, indiferent de momentul din an, prezintă un mers diurn ascendent în prima parte a zilei, până la amiaza, când se ating de regula, valorile maxime. In a doua parte a zilei, radiația ultravioletă prezintă un mers descendent (figura 1.2).

Fig. 1.2 Variația zilnică a radiației solare globale ultraviolete (285-385 nm) pe suprafața orizontala, la Bucuresti.[11]

1.3.3 Cantitatea și calitatea radiației solare

In stratosfera, majoritatea radiației solare este absorbită de stratul de ozon. In atmosfera, gazele ce dau efect de seră (dioxidul de carbon, apa, etc.) absorb radiația infrarosie. Radiația vizibila trece prin atmosfera și ajunge la suprafața pământului. Norii joacă de asemenea un rol însemnat.

Deoarece atmosfera filtrează radiația solara, cu cât această este mai groasa, cu atât atenuarea radiației solare este mai mare. Astfel, soarele este mai intens când este direct deasupra capului (90˚). Când soarele este doar la 4˚ deasupra orizontului radiația solară trebuie să treacă printr-un strat de 12 ori mai gros decât atunci când este la 90˚. Aceasta explică de ce este posibil să ne uitam direct la soare la apus și la rasarit fară să orbim.

La altitudini scazute, radiația solară cu lungimi de undă mici este mult mai mică decât la altitudini ridicate, în special datorită creșterii densitații atmosferei și a prezenței vaporilor de apă și a dioxidului de carbon care absorb această radiație. In general atmosfera acționează ca un filtru, cantitatea de energie ce atinge suprafața marii este doar jumatate din cea de la întrarea în atmosfera. Munții înalți trec prin pătura atmosferică joasă și astfel primesc o cantitate mai mare de radiație solară atât în domeniul vizibil cât mai ales în ultraviolet [12].

In munți, relația între stimulare și reactie este mai rapida. Mediul alpin este special prin faptul că aerul curat permite trecerea radiațiilor solare, dar datorită topografiei, suprafetele expuse la soare și cele aflate în umbră se modifică rapid. Aerul de langa pământ se poate încălzi rapid pe directia razelor solare dar se raceste tot atât de repede când directia razelor solare este blocata. Vara, când cerul este senin, există cu 21% mai multă radiație la 3000 de metrii decât la 200 de metrii, dar când cerul este acoperit, există cu 160% mai multă radiație. Cerul acoperit este mult mai eficient la filtrarea radiațiilor cu lungime de undă mica.[13]

Constanta solară este definită ca și cantitatea medie de radiație primită de la soare la începutul atmosferei, pe o suprafața perpendiculară pe radiația solara. Aceasta este aproximativ 1365 W/m2 (2 cal./cm2/min). La amiaza, fluxul de energie solară în muntii înalti a fost calculat ca fiind 1263 Wm-2 (1.85 cal./cm2/min), însă în Alpi s-a masurat o valoare de 1529 Wm-2 (2.25 cal./cm2/min), 112% din constanta solara. Radiația adiționala vine din reflectarea radiației solare de catre nori și stratul de zapada.

1.3.4 Efectul pantei asupra radiației solare

Energia primită de o suprafața în munti poate varia semnificativ datorită a două efecte: topografia și caracteristicile suprafetei. în munti, fiecare pantă are un potential diferit de recepționare a radiației solare. Cantitatea poate fi cunoscută dacă se cunoaște latitudinea, înaltimea soarelui, ora, elevația, unghiul pantei și orientarea pantei. Majoritatea pantelor montane primesc mai puține ore de radiație solară decât o suprafața plana. La tropice, suprafetele plane primesc uzual o cantitate mai mare de radiație decât pantele, deoarece soarele este totdeauna înalt pe cer. In emisfera nordica, pantele cu fața spre sud sunt mai calde și mai uscate decât pantele cu fața spre nord, și în condiții de umiditate, sunt mai favorabile vietii. Copacii cresc mai înalti pe pantele cu fața spre sud, iar diversitatea lor este mai mare. în Alpi, primavara, pantele cu fața spre nord pastrează zapadă mult mai mult timp decât cele cu fața spre sud.[13]

Muntii au o gamă larga de tipuri de suprafete: acoperite de iarba, de zapada, de gheața, de apa, de padure, desert, pământ, roci, etc. Această varietate de suprafete afectează recepționarea radiației solare. Suprafetele închise la culoare, inclusiv vegetația, mai degraba absorb decât reflectă radiația, primind cantități crescute de energie. Zapada și rocile de culoare deschisă au o relexie înaltă (albedo), astfel încât majoritatea energiei provenită de la radiațiile de lungime de undă mică este pierduta. Dacă într-o vale se afla zapadă pe o pantă concava, energia reflectată de aceasta poate crește bugetul de energie pe o pantă mai înalta.în muntii înalti, energia reflectată este o sursă importantă de caldura pentru copaci. Zapada se topeste mai repede în jurul copacilor, deoarece caldura este transferată ca energie termică de lungime de undă mai mare la suprafetele adiacente.

1.3.5 Activitatea solară și clima

Petele solare au fost observate în mod constant în ultimii 400 de ani, de la descoperirea lor de către Galilei, în 1610. Așa s-a observat, se pildă, că între 1645 și 1715, pe suprafața Soarelui au existat mult mai puține pete decât normal. Această perioadă a fost numită Minimul Maunder, după numele astronomului englez care a studiat-o. Ea a coincis cu o lungă perioadă de vreme rece, denumită adesea "Mica Glaciațiune". O perioadă în care în Europa a fost neobișnuit de frig, foarte multe precipitații, foarte multă zăpadă. O perioadă în care, în Anglia, Tamisa îngheța în mod frecvent, iar temperaturile coborau iarna, chiar în sudul Europei, mult sub zero grade.

Fig. 1.3. Ciclul petelor solare în timp.[10]

Dacă analizăm evoluția climei terestre din ultima mie de ani, putem observa și alte asemenea perioade de răcire temporară a climei. Mai multe studii pe această temă au pornit de la analiza inelelor de creștere ale copacilor, care ne pot spune cum au fost anii în care s-au format sau de la analiza unor probe de gheață colectate din ghețarii din apropierea polilor care ne arată cum a evoluat activitatea solară în ultimele mii de ani. Variația radiației totale solare în ultimii mii de ani poate fi deci reconstruită din informații înregistrate de anumiți indicatori ai climei cum sunt: inelele copacilor (se determina C14) sau eșantioanele de gheață (se determină Be 10), ambii izotopi formându-se datorită interacției radiației solare cu atmosfera înalta. Există desigur și incertitudini substanțiale în aceste reconstrucții [13].

Ciclul petelor solare, deși constant ca durata, prezintă schimbări marcante în numarul de pete, după cum se vede din figura 3 pentru perioada 1600-2000.

In ultimul mileniu au fost reconstituite trei episoade cu minime ale petelor solare in tabelul 1.1 .

Tabelul 1.1. Minime ale petelor solare în ultimul mileniu [10]

Existența Minimului lui Maunder este confirmată de observațiile istorice ale aurorei boreale care se observa în mod normal la latitudini mai mari de 60°. Aurora se formează în ionosfera, la 120-480 km deasupra pământului. Culoarea este generată de interacțiunea electronilor care posedă energie cu atomii de oxigen. Atomii de oxigen sunt excitați. Ei se reintorc în starea de bază emițând lumina la două lungimi de undă 0.557 µm (verde) și 0.630 µm (rosie).

Aurora boreala este rezultatul vizibil al descarcarilor electrice în magnetosfera, datorită vantului solar. Aurora este deseori acompaniată de puternice tulburari geomagnetice. Incidența aurorei boreale urmează un ciclu similar cu cel al petelor solare. în timpul perioadei Minimului lui Maunder, aurora boreala a fost extrem de rara. Astronomul englez Edmund Halley a vazut prima dată aurora boreala în 1716 la sfârșitul perioadei Minimului lui Maunder, la varsta de 60 de ani, deși a cautat-o noapte de noapte din tinerețe. Astăzi aurora se poate vedea în fiecare noapte la latitudini mari.

Comparând evoluția petelor solare cu clima, se constată că în perioada numită Minimul lui Maunder, când practic nu s-au înregistrat pete solare, clima a fost foarte rece, perioada fiind numită “Mica glaciațiune” [14].

Deși în prezent este la modă teoria care susține că încălzirea globala din secolul XX se datorează omului din cauza emisiilor nenaturale de substanțe care dau efect de sera, mult mai probabil este totuși că soarele este principalul conducător al evoluției climei pe pământ.

Capacitatea soarelui de a modifică clima pe pământ nu se datorează doar încălzirilor și racirilor ciclice ale soarelui (manifestate prin ciclului de 11 ani al petelor solare) ci și prin schimbarea spectrului solar în directia creșterii radiației ultraviolete în comparație cu radiația vizibila și infrarosie (figura 1.4) [15].

Fig. 1.4 Schimbarea spectrului solar (modificarea radiației ultraviolete în comparație cu radiația vizibila și infrarosie) în timp.[16]

Sporirea disproporționată a partii ultraviolete a spectrului solar afectează stratul de ozon și alti parametrii atmosferici care amplifică încălzirea climei. De asemenea, schimbările recente ale activitații magnetice solare influentează radiația cosmică ce ajunge pe pământ, care modelează norii și astfel temperatura. Cercetătorii au identificat astfel trei mecanisme separate prin care soarele poate încălzi sau răci pământul [15].

1.4 Tipuri de radiatii solare

1.4.1 Radiatia solara directa

Radiatia solara directa este radiatia provenita direct de la discul solar. Valorile radiatiei solare directe depind, în principal, de doi factori: geometria Pamânt – Soare si de caracteristicile optice ale atmosferei. Geometria Pamânt – Soare este o consecinta a miscarilor în timp ale Pamântului în jurul Soarelui, a înclinarii axei terestre si a formei sferice a globului terestru.

In fiecare moment din an cuplul Soare – Pamânt se gaseste în relatii geometrice impuse de miscarea de revolutie a Pamântului în jurui Soarelui. Aceasta face ca mersul aparent al Soarelui pe bolta cereasca, înaltimea Soarelui sa varieze în functie de momentul din an. In cazul latitudinilor tarii noastre înaltimea Soarelui prezinta un mers diurn ascendent pâma la momentul trecerii Soarelui la meridianul locului (amiaza adevarata), când atinge valoarea maxima, dupa care ea scade în cea de a doua parte a zilei. Anual inaltimea Soarelui creste de la momentul solstitiului de iarna (luna decembrie), când atinge valorile minime, spre solstitiul de vara (iunie), când atinge valorile maxime. O astfel de variatie diurna si anuala îsi va pune amprenta asupra regimului radiatiei solare directe. Variatia înaltimii Soarelui sau a complementului sau, distanta zenitala, face ca lungimea drumul parcurs de radiatia directa prin atmosfera, masa atmosferei, sa varieze si de aici intensitatea fenomenului extinctiei.[4]

Variatia diurna si anuala a radiatiei directe medii

Radiatia solara directa are un mers diurn si anual specific latiutdinilor medii, simteric fata de momentul amiezii adevarate, si fata de luna iunie, momentul solstitiului de vara. De la momentul rasaritului, radiatia solara directa crste, în paralel cu înaltimea Soarelui deasupra orizontului, pentru ca la momentul trecerii Soarelui la meridianul locului sa atinga valorile maxime. Acesta este mersul zilnic ante – meridian (am). In cea de-a doua parte a zilei, post – meridian (pm), radiatia solara directa scade pâna la momentul apusului.

In cursul anului radiatia solara directa prezinta un mers ascendent, începând din luna decembrie, când se ating cele mai mici valori anuale, spre lunile de vara când se ating, de regula cele mai mari valori. Fenomenul urmareste evolutia anuala a înaltimii Soarelui la latitudinile noastre, generat de geometria Pamânt – Soare. Cele mai mari valori medii anuale se ating în lunile de vara. In aceasta perioada, la majoritatea statiilor radiatia solara directa depaseste 700 W/m2 la amiaza: 796 W/m2 la Constanta, 768 W/m2 la Bucuresti, 775 W/m2 la Iasi, 698 W/m2 Timisoara. In general în lunile de vara radiatia directa depaseste 600 W/m2 între orele 9 si 15. Maximul anual se atinge, la majoritatea statiilor, în luna iunie, luna cu cele mai mari valori ale înaltimii Soarelui, deci traseul optic strabatut de razele solare prin atmosfera este cel mai scurt. Valorile medii anuale cele mai scazute din an se produc în lunile de iarna cu un minim în luna decembrie, luna solstitiului de iarna. In acest anotimp, intensitatea radiatiei solare directe depaseste în orele amiezii 400 W/m2 pâna la peste 600 W/m2. Se remarca valori de iarna, mai mari la: Bucuresti, Iasi , Constanta. Pentru regiunile înalte (Poiana Brasov) variatia anuala a radiatiei solare directe prezinta o serie de particularitati fata de zonele joase. Aici cele mai mari valori medii anuale sunt caracteristice lunilor ianuarie si februarie când în orele amiezii se depaseste 800 W/m2. Fenomenul este explicabil deoarece în aceasta perioada marile înaltimi sunt mult mai însorite si aerul de aici este foarte curat si cu uniditate scazuta, ceea ce îl face deosebit de transparent, fata de zonele joase afectate de fenomenele ce însotesc inversiunile termice, frecvente acum. In lunile de vara radiatia directa poate atinge, la orele amiezii, 777 W/m2 în iunie si 754 W/m2 în august.[4]

Variatia latitudinala

Data fiind variatia latitudinala a înaltimii Soarelui, deci a unghiului de incidenta al razelor solare, radiatia directa prezinta si ea o astfel de distributie. Cu toate ca teritoriul tarii noastre prezinta o întindere pe latitudine de aproximativ 4°, totusi acest fenomen este prezent în cazul valorilor medii. Variatia latitudinala este mai puternica în lunile de iarna, atunci când unghiurile de înaltime ale Soarelui sunt mici. Astfel iarna, gradientul latitudinal se situeaza în jur de 29 W/m2/ 100 km între Iasi si Constanta si în jur de 14 W/m2 / 100 km între Cluj si Timisoara. Vara acest gradient se mentine în jur de 8 W/m2 / 100 km între Iasi si Constanta, pentru ca între Cluj Napoca si Timisoara el sa nu se manifesta. Dupa cum se observa gradientul latitudinal este mai bine exprimat în regiunile estice unde relieful este mai uniform si conditiile meteo – climatice au un grad mai mare de omogenitate. Variatia latitudinala este puternic perturbata de marea variabilitate a conditiilor meteo – climatice care modifica proprietatile optice ale atmosferei. Astfel se remarca un areal cuprinzând sud – vestul tarii (Timisoara, Craiova, Deva), unde valorile radiatiei solare directe sunt mai mici decât în rest, atât în valori medii cât si în cele extreme, mai ales în lunile de vara. In aceasta perioada valorile radiatiei directe în orele amiezii nu depasesc aici 700 W/m2. Trebue reamintit ca acestei zone îi sunt caracteristice valorile cele mai ridicate ale opacitatii atmosferei din întreaga tara. Mai trebue remarcat ca în general valorile radiatiei solare directe, exceptie facând zona mentionata, sunt mai mari în regiunile din afara arcului Carpatic fata de cele din interior. In mod cert aceste diferentieri sunt un reflex al starii optice a atmosferei, determinata de circulatia maselor de aer. Masele de aer din regiunile estice si sud – estice sunt mai sarace în umezeala si relativ mai transparente decât cele din zonele central – vestice mai umede.

Variatia altitudinala

Datele de masura arata ca radiatia solara directa prezinta o pronuntata variatie pe verticala. Cu cât se urca în altitudine valorile radiatiei solare directe cresc. Aceasta se explica prin cresterea gradului de transparenta al atmosferei si implicit scaderea opacitatii si prin micsorarea drumului parcurs de razele Soarelui în atmosfera. Cu toate ca relieful montan din tara noastra este de altitudine medie, el perturba în mod evident distributia spatiala a valorilor radiatiei solare directe.[4]

1.4.2 Radiatia solara difuza

Dupa cum s-a vazut din capitolul precedent, radiatia solara directa incidenta în drumul ei prin atmosfera, sufera pe lânga absorbtie si un fenomen de difuzie (împrastiere) prin reflexie si refractie în aerosolul atmosferic. Acest proces este, în mare parte, dependent de dimensiunile constituentilor atmosferici si de concentratia lor. Acest fenomen este dependent, în mare parte, de lungimea traseului optic al radiatiei solare prin atmosfera, deci de unghiul de înaltime a Soarelui deasupra orizontului si nu în ultimul rand, de intensitatea radiatiei solare directe a carei fractiune din ea sufera procesul de difuzie.

Variatia diurna si anuala a radiatiei difuze medii

Pentru latitudinile tarii noastre, radiatia solara difuza are o variatie diurna specifica, cu un mers ascendent în prima parte a zilei, pâna la amiaza adevarata, când se atinge, de obicei, maximul. In cea de-a doua parte a zilei mersul radiatiei difuze este descendent pâna la momentul apusului. Acest mers este acelasi , indiferent de momentul din an, difera numai intensitatea sau amplitudinea fenomenului. Astfel în decembrie, valorile medii orare ale radiatiei solare difuze variaza între 105 si 126 W/m2, la Galati si respectiv la Cluj Napoca; la orele amiezii; la ora 9 între W/m2 la Iasi si 63 W/m2 la Craiova si Poiana Brasov, la orele 15, acestea variaza între 42 W/m2 la Iasi si 77 W/m2 la Poiana Brasov. Intr-o luna de vara (iunie), valorile medii orare ale radiatiei solare difuze sunt în jur de 300 W/m2 la amiaza. In restul zilei ele se dispun simetric fata de acest moment, 216 pâna la 270 W/m2, la orele 9 – 15 si scad sub 100 W/m2 la extremitati (orele 6 – 18). Si acum valorile de la Poiana Brasov sunt mai mari decât cele de la joasa altitudine. In cursul anului radiatia solara difuza medie atinge un minim anual în luna decembrie, luna solstitiului de iarna si un maxim anual în mai – iunie. Minimele de iarna sunt cuprinse între 105 W/m2 pâna la 137 W/m2. Maximele de vara sunt cuprinse, la amiaza , între 258 W/m2 (Constanta), 279 W/m2 (Craiova si Bucuresti), 286 W/m2 ( Iasi si Timisoara), 300 W/m2 (Cluj Npoca si Galati), 363 W/m2 la Poiana Brasov. In general valorile radiatiei difuze cresc abrupt de la minimul de iarna spre cel de vara, când si amplitudinile zilnice sunt mai mari, dupa care descresc lent, exceptie fâcând Iasul si Galatiul unde scaderea valorilor lunare ale radiatiei difuze se produce brusc între august si octombrie, cu amplitudini zilnice mai mici. Aceasta asimetrie se produce mai ales la momentul amiezii. Deci, cel putin în orele amiezii, radiatia solara difuza este mai mare în prima parte a anului decât în cea de-a doua.

Mersul diurn si anual al radiatiei solare difuze se explica prin faptul ca aceasta este o fractiune din radiatia solara directa dispersata în toate directiile în urma proceselor de difuzie din atmosfera. Dupa cum s-a vazut, fluxul radiatiei solare directe este dependent în principal de geometria Pamânt – Soare materializata prin variatia unghiului de înaltime al Soarelui deasupra orizontului. Radiatia solara difuza variaza si ea în acelasi sens, cu cât unghiul de inaltime al Soarelui este mai mare, cu atât valorile radiatiei difuze cresc. Procesele de difuzie a radiatiei solare în atmoasfera depind si de starea optica a atmosferei, deci de opacitatea acesteia. Deci mersul diurn si anual al opacitatii este în concordanta cu mersul radiatiei difuze. Radiatia solara difuza este mai mare, ziua la amiaza si vara când opacitatea prezinta valori mari. Apoi, valorile mai mici ale opacitatii în perioada toamna – iarna explica valorile corespunzatoare mai mici, ale radiatiei solare difuze. [4]

Radiatia solara difuza si nebulozitatea

Intensitatea radiatiei solare difuze este uneori substantial modificata de gradul de acoperire cu nori a boltii ceresti. Norii, mai ales, cei transparenti de tipul cirrus si altocumulus duc la marirea intensitatii radiatiei solare difuze. Pe timp senin (neb. 0 – 3) valorile radiatiei solare difuze sunt mai mici fata de valorile medii ce iau în calcul toate situatiile în care s-a masurat respectiva radiatie. Mersul diurn si anual este acelasi cu cel al valorilor medii, cauzele care le produc fiind în principal aceleasi.

In cazul cerului acoperit (neb. 8 -10), valorile radiatiei difuze sunt mai mari fata de cele pe senin. In acest caz difuzia provocata de constituentii atmosferici este înlocuita de difuzia norilor. Mersul diurn si anual al radiatiei difuze pe timp cu cer acoperit se aseamana cu cel al difuzei pe timp cu cer senin. Astfel, într-o luna de iarna (decembrie), difuza pe cer noros este cuprinsa între 112 si 172 W/m2 la ora 12 si de 42 si 74 W/m2 la orele 9 si 15.

Vara (iunie) radiatia solara difuza pe cer acoperit este cuprinsa între 300 si 370 W/m2 la orele amiezii si scade sub 100 W/m2 la extremitatile zilei . In lunile de vara, valorile difuzei pe timp cu cer acoperit depasesc frecvent 350 W/m2 la ora 12, iar valorile din lunile de primavara le depasesc pe cele din toamna. Astfel, primavara radiatia difuza pe timp cu cer acoperit (orele amiezii), poate varia de la 180 W/m2 pâna la 350 W/m2, în timp ce toamna, între 133 W/m2 pâna la peste 300 W/m2. Pentru orele 9 si 15, se observa ca valorile de la ora 9 sunt în general mai mari fata de cele de la 15, diferenta fiind mai pregnanta în lunile de vara.

Valorile extreme

Valorile maxime absolute ale radiatiei solare difuze se produc, de regula, în conditiile cerului partial acoperit de nori si mai ales de nori difuzivi de tip Ac, As. Ele se produc mai ales la momentul amiezii, atunci când Soarele atinge înaltimea maxima si când fluxul radiatiei solare directe este si el maxim. Valorile minime absolute se produc, de cele mai multe ori, la extremitatile zilei sau în cazul cerului complet acoperit cu nori ce produc precipitatii.

Cele mai mici extreme maxime absolute sunt caracteristice lunii decembrie, luna solstitiului de iarna când valorile inaltimii Soarelui sunt cele mai mici din an. Astfel, radiatia difuza este cuprinsa între 244 W/m2 la Poiana Brasov pâna la 307 W/m2 (Cluj – Napoca, Timisoara, Galati si Bucuresti) si 349 W/m2 (Constanta).

Cele mai mari valori maxime absolute ating peste 600 W/m2 si ele ar trebui sa se produca în lunile de vara, de regula, la momentul solstitiului de vara (iunie – iulie). Singur Cluj Napoca se conformeaza regulii atingând în iulie 656 W/m2 . De cele mai multe ori aceste valori se ating în aprilie – mai, Bucuresti 663 W/m2, Timisoara 649 W/m2 sau Iasi 628 W/m2 si Constanta 614 W/m2. Este perioada din an cu circulatie atmosferica mai intensa, nebulozitate mai mare, atmosfera mai bogata în particule difuzive.

Valorile minime absolute ale radiatiei solare difuze sunt caracteristice orelor extreme din zi, atunci când înaltimea Soarelui deasupra orizontului este minima sau în conditiile cerului complet acoperit de nebulozitate stratiforma deosebit de opaca. Ele sunt cuprinse între 7 si 19 W/m2 în lunile de iarna si ating vara peste 50 W/m2.

Variatia latitudinala si altitudinala

Valorile medii ale radiatiei solare difuze prezinta o variatie latitudinala pe teritoriul României, slab conturata, datorita în mare parte a omogenitatii spatiale ale factorilor care produc difuzia radiatiei solare, difuzia moleculara si în aerosol, nebulozitatea, felul norilor.

Totusi se remarca diferentieri între intensitatea radiatiei difuze la statiile din jumatatea nordica a tarii sunt mai mari fata de cele din jumatatea sudica, ceea ce sugereaza o variatie în sens latitudinal asemanator cu cel al radiatiei solare directe. Fenomenul este mai puternic în lunile de vara si între orele 9 – 15, atunci când înaltimile Soarelui sunt mai mari. Gradientul mediu calculat între Iasi – Cluj – Napoca si Bucuresti – Craiova – Constanta – Timisoara este de 11 W/m2 / 100 km. In orele extreme ale zilei acesta este slab exprimat sau chiar inexistent. Iarna valoarea gradientului radiatiei difuze este mai mic, 9 W/m2 / 100 km iar cel mai slab exprimat este gradientul lunilor de toamna când acesta este de 4 W/m2 / 100 km.

Pe acest fond de variatie, destul de clara nord – sud, se mai remarca diferentieri între regiunea extra si intracarpatica în sensul ca valorile radiatiei difuze sunt mai mari în interiorul arcului Carpatic decât în regiunile exterioare. Diferenta se pastreaza, cu valori foarte mici, chiar între Cluj Napoca si Iasi unde valorile medii ale difuzei sunt mai mari.

Mult mai puternica este variatia altitudinala a radiatiei solare difuze. La Poiana Brasov (aprox. 1000 m) valorile medii lunare ale radiatiei difuze sunt constant mai mari decât cele dintr-o regiune joasa, spre exemplu Bucuresti (91 m). Intr-o regiune montana, unde este situata Poiana Brasov, fluxurile radiatiei solare difuze sunt constant mai mari cu 15 – 20%. Gradientul vertical al radiatiei difuze calculat între Poiana Brasov si Bucuresti este cuprins între 9 W/m2 / 100 m pentru lunile de vara si de 2 pâna la 3 W/m2 / 100 m, pentru lunile de iarna. Variatia pe verticala este mai puternica decât cea orizontala deoarece si variatia factorilor difuzivi este mai puternica în sens vertical. Regiunile montane sunt mai umede, aici nebulozitatea se dezvolta mai puternic, mai ales cea convectiva, care sporeste procentajul difuzei. [4]

1.4.3 Radiatia solara globala

Radiatia solara globala (Q) este suma dintre radiatia solara directa (S) si cea difuza (D). Ea este considerata cel mai important parametru radiativ deoarece este prezenta în tot cursul zilei si anului prin cel putin una din componentele sale. In cazul cerului senin: Q = S + D iar în cazul cerului complet acoperit Q = D. Mersul diurn si anual al radiatiei globale este influentat de mersul celor doua componente. Dupa cum s-a vazut din anterior, radiatia solara directa si difuza sunt influentate, în variatia lor, de unghiul de înaltime al Soarelui deasupra orizontului, urmare a continuei schimbari a geometriei Pamânt – Soare, de starea optica a atmosferei, de gradul ei de opacitate si de nebulozitate.

Variatia diurna si anuala a radiatiei solare globale medii

Radiatia solara globala, medie multianuala (Qm), prezinta un mers diurn ascendent în prima parte a zilei urmat de inversul acestuia în a doua parte a zilei. Acest mers urmeaza variatia unghiului de înaltime a Soarelui si tipul de variatie se mentine indiferent de momentul din an, ceea ce difera este intensitatea fenomenului. Astfel în luna decembrie, luna solstitiului de iarna, atunci când valorile inaltimii Soarelui, la latitudinile tarii noastre sunt cele mai mici din an, intensitatea radiatiei globale este cuprinsa, la orele amiezii, între 154 W/m2 la Iasi si 195 W/m2 la Constanta. La orele 9, deci în prima parte a zilei valorile medii ale radiatiei solare globale variaza de la 49 W/m2 (Iasi si Deva) pâna la 91 W/m2 (Craiova), iar în a doua parte a zilei (ora 15), acestea sunt cuprinse între 56 W/m2 (Iasi) pâna la 84 W/m2 (Craiova). Aceste sunt valorile radiatiei globale pentru zonele joase de pâna la 500 m. La peste 1000 m (Poiana Brasov) ele variaza între 93 W/m2 (ora 9) si 258 W/m2 la orele amiezii.

Pentru o luna de vara (iunie), luna solstitiului de vara, intensitatea radiatiei globale este cuprinsa, la orele amiezii între 684 W/m2 la Deva si 803 W/m2 la Constanta. La extremitatile zilei (orele 6 si 18) radiatia solara globala este cuprinsa între 122 si 161 W/m2. In prima parte a zilei (antemeridian, ora 9) radiatia solara globala variaza între 530 W/m2 (Deva) si 628 W/m2 (Constanta) iar în orele postmeridian (ora 15), cuprinsa între 489 W/m2 (Galati) si 621 W/m2 (Constanta). Regiunile în jur de 1000 m nu beneficiaza în aceasta luna de un aport mai mare al radiatiei globale. La Poiana Brasov aceasta nu depaseste la amiaza 721 W/m2 si este cu putin sub 500 W/m2 la orele 9 si 15.

In cursul anului valorile radiatiei solare globale se dispun simetric fata de lunile iunie – iulie. Fenomenul este caracteristic poentru toate orele luate în consideratie. Totusi, mersul ascendent din prima parte a anului se face relativ mai lent fata de scaderea din a doua parte a anului care se face mai rapid. Spre exemplu, între martie si mai, cresterea lunara a valorilor radiatiei globale se face în medie cu 15 pâna la 20% pe când, numai între septembrie si octombrie, scaderea valorilor se face în medie cu 25-30%, iar pentru octombrie si noienbrie, scaderea este si mai mare, aproape de 45%. Fenomenul se diminueaza în intensitate spre extremitatile zilei. [4]

Cele mai mici valori anuale ale radiatiei solare globale, se produc în lunile de iara, atunci când si valorile inaltimii Soarelui sunt cele mai mici, având un minim anual pronuntat în decembrie. In luna decembrie, fluxul radiatiei globale, la amiaza atinge 200 W/m2, pentru ca în ianuarie – februarie aceasta sa depaseasca 350 W/m2, (363 W/m2 în februarie la Bucuresti si respectiv 356 W/m2 la Cluj Napoca). Primavara, fluxulrile radiatiei globale variaza, la amiaza, între 440 si 468 W/m2, la Galati, Timisoara si Bucuresti, în luna martie, pentru ca în luna mai, sa atinga aproape 700 W/m2 sau chiar sa depaseasca aceasta valoare (712 W/m2 la Constanta sau 726 W/m2 la Bucuresti). Toamna valorile medii lunare se dispun simteric fata de cele de primavara, ele fiind mai mici.

Cele mai mari valori ale fluxului radiatiei solare globale se produc vara, de regula în iunie – iulie când înaltimea Soarelui atinge valorile maxime din an (solstitiul de vara). In lunile de vara, la amiaza, valorile radiatiei solare globale depasesc 700 W/m2 pâna la peste 800 W/m2 si nu scad sub 450 W/m2 între orele 9 si 15.

Maximul de vara se produce în general, în luna iulie, atunci când fluxulrile celor doua componente (directa si difuza) sunt maxime si când frecventa timpului senin este de asemenea, mare. In aceste conditii se ating la amiaza în iulie, valori între 691 W/m2 (Cluj Napoca) , 719 W/m2 (Iasi si Galati), 726 W/m2 (Deva), 740 W/m2 (Timisoara si Craiova), 768 W/m2 Bucuresti, pâna la 831 W/m2 (Constanta). In regiunile înalte, valorile radiatiei solare globale prezinta acelasi mers diurn si anual, diferentele fiind de natura valorica, la Poiana Brasov fluxurile medii ale lunilor de iarna sunt în general mai mari decât cele din regiunile joase. Chiar valorile minimului de iarna din decembrie variaza între 93 si 258 W/m2; în ianuarie, acestea ating la amiaza 349 W/m2 si 545 W/m2 (februarie). Fenomenul se produce si vara, fluxurile radiatiei solare globale depasesc pe cele din zonele joase cu exceptia litoralului; în luna iulie, la ora 12 se ating numai 775 W/m2 fata de Constanta cu 831 W/m2, fapt explicabil daca tinem seama de frecventa mai mare a nebulozitatii la altitudine fata de regiunile joase. Pe de alta parte, valorile mai mari ale radiatiei solare globale la altitudine sunt mai mari deoarece si atmosfera este mai transparenta si deci, aportul fluxului radiatiei directe este si el mai mare decât la joasa altitudine. Nu trebue neglijat nici aportul mai mare al difuzei în marirea fluxului radiatiei solare globale din regiunile înalte, tinându-se seama ca aici atmosfera este mai umeda si nebulozitatea mai dezvoltata, în special cea convectiva.

Radiatia solara globala si nebulozitatea

Nebulozitatea exprimata prin gradul de acoperire cu nori a boltii ceresti si mai ales tipurile de nori influenteaza vizibil intensitatea radiatiei solare globale. Cu cât norii sunt mai putin transparenti cu atât fluxul radiatiei globale este mai mic. Fenomenul este cu atât mai intens cu cât valorile inaltimii Soarelui sunt mai mari.[4]

Pe timp cu cer senin (neb. 0-3), valorile radiatiei solare globale (Qo) prezinta un mers diurn si anual asemanator cu cele ale globalei medii (Qm), indiferent de nebulozitate. Diferentele sunt de ordin valoric. In cazul cerului senin radiatia directa nefiind influentata de nori îsi aduce aportul maxim în cadrul radiatiei globale si de aceea ea atinge valori apropiate de cele maxime.

In luna solstitiului de iarna, radiatia globala pe timp senin, atinge valori la amiaza cuprinse între 296 W/m2 (Deva) si 384 W/m2 (Constanta). La ora 9 acestea sunt cuprinse între 112 W/m2 la Cluj Napoca si 182 W/m2 la Craiova .Pentru ora 15, plaja de variatie se mentine cam între aceleasi valori; 112 W/m2 (Iasi) si 160 W/m2 (Craiova).

Pentru o luna de vara (iunie), radiatia solara globala pe timp senin (Qo) depaseste la amiaza 900 W/m2. Numai la Timisoara aceasta valoare coboara la 896 W/m2. La orele extreme ale zilei, radiatia solara globala scade sub 200 W/m2, iar la orele 9 si 15, ea depaseste 700 W/m2 (733 W/m2 la Cluj Napoca, Deva si Constanta) dar nu scade sub 650 W/m2. Si în cazul lui Qo trebue remarcate valorile mai mari de la Poiana Brasov, unde în decembrie, la amiaza se atinge 370 W/m2, în iunie, 1047 W/m2. In acest caz, gradul de transparenta al aerului îsi spune cuvântul. Atmosfera montana, cu toate ca este mai umeda, este mai saraca în impuritati. In cursul anului valorile lunare ale radiatiei globale pe timp senin se dispun riguros simetric fata de luna solstitiului de vara (iunie) la toate orele considerate. Aceasta arata clar faptul ca în lipsa factorilor perturbatori de tip nebulozitate, intensitatea radiatiei solare globale este dependenta, în primul rând, de geometria Pamânt – Soare care modifica componenta radiatie directa din fluxul radiativ global. Totusi, daca se urmaresc mai atent, figurile citate se observa ca la majoritate punctelor de masura valorile radiatiei globale Qo sunt mai mari în prima jumatate a anului decât în cea de-a doua. Deci, în lunile de primavara si de la începutul verii, atmosfera este mai putin opaca, mai curata decât în lunile de toamna, acest aspect fiind determinat de caracterisicile circulatiei atmosferei la scara mare. Primavara exista o frecventa mai mare a diverselor tipuri de mase de aer polar maritim, mai transparente, fata de vara – toamna, când frecventa mai mare o au masele de aer polar continental mai impurificate. La aceasta se adauga si frecventa relativ mare a maselor de aer tropical din lunile de vara – toamna, un aer, uneori, puternic impurificat. Pe masura ce creste gradul de acoperire cu nori a boltii ceresti valorile radiatiei solare globale se modifica în sensul diminuarii lor.[4]

In cazul cerului acoperit (neb. 8-10), mersul diurn si anual se pastreaza ca si în cazul globalei medii indiferent de nebulozitate sau ca pe cer senin, el fiind în raport direct cu variatia înaltimii Soarelui.

In acest caz, valorile anuale cele mai mici se produc în luna decembrie, luna solstitiului de iarna când inaltimea Soarelui are valorile cele mai mici. Intr-o zi de decembrie cu cer acoperit valorile radiatiei globale sunt cuprinse la orele amiezii, între 118 W/m2 (Deva), 154 W/m2 (Constanta) si 170 W/m2 (Craiova). Cu cât se înainteaza spre extremitatile zilei, valorile radiatiei globale scad. Astfel, la ora 9 globala pe cer noros este cuprinsa între 38 W/m2 (Deva), 63 W/m2 (Constanta) si 73 W/m2 (Craiova). La ora 15, valoarea minima este mai mare decât cea de la ora 9; 42 W/m2 la Iasi si 67 W/m2 (Craiova). Vara intensitatea radiatiei solare globale pe cer acoperit creste odata cu înaltimea Soarelui. Astfel, în iunie aceasta nu scade, la orele amiezii sub 500 W/m2; la orele 6 si 18 variaza în jurul valorii de 100 W/m2, pentru ca la orele 9 si 15 sa depaseasca accidental 400 W/m2. La altitudinea de 1000 m (Poiana Brasov) valorile radiatiei solare globale pe cer acoperit sunt în decembrie mai mari decât cele de la joasa altitudine: 191 W/m2 la ora 12 si între 74 si 90 W/m2 la orele 9 si respectiv 15. In luna iunie, însa, sunt ceva mai mici, dar foarte aproape de cele de la joasa altitudine. Fenomenul se explica prin afluxul mai mare al componentei directe din radiatia globala prin faptul ca zonele înalte sunt în perioada de iarna mai însorite, cu o frecventa mare al norilor superiori transparenti decât în cele joase, unde sunt frecvente inversiuni termice cu nebulozitate stratiforma foarte opaca.

Mersul anual este ascendent în prima jumatate a anului cu maxime în iunie -iulie dupa care valorile scad pâna la minimul anual din decembrie.

Valorile extreme

Fluxurile maxime absolute ale radiatiei solare globale se produc, de regula, pe timp senin, cu o atmosfera foarte transparenta, atunci când valorile opacitatii atmosferei sunt foarte mici, deci când sunt conditii ca fluxul componentei, radiatie directa, sa fie puternic. De multe ori aceste valori se ating si în cazul unor valori moderate ale nebulozitatii, al norilor cumuliformi care prin reflexii multiple pe nori, sporesc si componenta difuza.

Mai precis, valorile de peste 1000 W/m2 se ating în intervalul aprilie – august, perioada când inaltimea Soarelui la amiaza atinge valori mari de 50o si când se îndeplinesc conditiile enumerate mai sus. Astfel, la Bucuresti se atinge 1180 W/m2 (iunie), la Cluj Napoca 1159 W/m2 (iulie) sau Iasi 1152 W/m2 (iunie). La Timisoara extrema de vara se produce în luna aprilie, când se ating la amiaza, 1138 W/m2. Pe litoral se ating 1124 W/m2 (iunie – Constanta) sau la 1000 m altitudine, 1137 W/m2 (iunie – Poiana Brasov). In lunile de iarna, valorile maxime sunt mult mai mici, urmare în primul rând, al scaderii valorilor unghiului de înaltime a Soarelui. Acum, în mod special în decembrie, ele sunt cele mai mici din an. Astfel maximele din decembrie variaza între 377 W/m2 la Craiova si aproape de 489 W/m2 la Constanta. Odata ce înaltimile Soarelui cresc maximile ating, în februarie, la 496 W/m2

( Craiova), 600 W/m2 (Galati), 761 W/m2 (Iasi) si 789 W/m2 (Poiana Brasov).

In lunile martie si septembrie la echinoctiile de primavara si toamna, maximile de radiate oscileaza între 870 W/m2 (martie – Galati) pâna la 998 W/m2 (septembrie – Iasi).[4]

Fluxurile minime absolute ale radiatiei solare globale sunt caracteristice orelor de la începutul si sfârsitul zilei atunci când valorile inaltimii Soarelui sunt minime si în general pe cer complet acoperit atunci când radiatia solara directa lipseste. Iarna mai ales, când cerul este acoperit cu nori stratiformi, foarte opaci, minimele de radiatie se pot muta spre mijlocul zilei. In lunile de iarna ele variaza între 7 – 15 W/m2 iar vara între 40 – 50 W/m2.

Variatia spatiala

Ca si cele doua componente ale sale, (radiatia solara directa si difuza), radiatia solara globala prezinta si ea o variatie latitudinala datorata, atât modificarii în teritoriu a factorilor astronomici (înaltimea Soarelui) cât si a celor fizico-geografici (configuratia reliefului, circulatia atmosferei, variatia teritoriala a parametrilor meteo-climatici). Dispunerea în teritoriu a intensitatii fluxulrilor medii ale radiatiei solare globale pune în evidenta o variatia latitudinala a acesteia. Fenomenul se explica prin variatia în acest sens al valorilor înaltimii Soarelui deasupra orizontului (ho), cu toate ca pentru România aceasta variatie este relativ slaba, numai 4° de latitudine, între regiunile si nordice (Stanciu N. 1973). Modificarea lui ho, produce totusi diferentieri în valorile intensitatii radiatiei globale, mai ales, pe seama modificarii componentei radiatiei directe din formula celei globale. Astfel, în sudul tarii (Câmpia Româna, Câmpia de Vest si Dobrogea), fluxurile radiatiei globale medii (Qm) sunt cuprinse, în lunile de vara, la amiaza, între 705 W/m2 (iunie, Galati) si peste 800 W/m2, 831 W/m2 (iulie, Constanta). Tot în lunile de vara, la orele amiezii, radiatia solara globala variaza la Cluj Napoca între 691 W/m2 (iunie) si 677 W/m2 (august). In aceleasi conditii radiatia globala este cuprinsa la Iasi între 703 W/m2 (iunie) si 691 W/m2 (august).

Valorile maxime anuale ating în luna iulie: 740 W/m2 la Timisoara si Craiova, 768 W/m2 (Bucuresti) si 831 W/m2 (Constanta). La Iasi, maxima din iulie este de 719 W/m2, iar la Cluj Napoca de numai 691 W/m2. Iarna, în decenbrie, se atinge, la amiaza 195 W/m2 la Constanta, 180 W/m2 la Bucuresti si 161 W/m2 (Cluj Napoca si 154 W/m2 (Iasi). Diferentierile nord – sud se mentin si în celelalte luni din an, spre exemplu în aprilie; 593 W/m2 la ora 12 (Constata si Bucuresti) si 579 W/m2 (Cluj Napoca) sau 565 W/m2 (Iasi). In septembrie. la aceeasi ora sunt 649 W/m2 la Constanta, 621 W/m2 la Bucuresti, 565 W/m2 la Cluj Napoca si la Iasi 558 W/m2. Acelasi tip de variatie nord – sud se pastreaza si pentru radiatia globala pe timp senin (Qo) si pe cer noros (Qn). Deci, datele de masura evidentiaza un gradient latitudinal atât în valori medii (Qm) cât si în valori medii pentru cer senin (Qo) sau noros (Qn), materializat prin cresterea intensitatii fluxului radiatiei solare globale de la nord spre sud. Aceasta variatie spatiala nord -sud prezinta intensitati diferite în functie de momentul din zi si din an.

In cazul cerului senin, variatia latitudinala a radiatiei solare globale, atinge valori mai mici, în jur de 12 W/m2 / 100 km la ora 12 si în jur de 5 – 7 W/m2 / 100 km la ora 9 si respectiv 15, iar pentru zile noroase valoarea gradientului se apropie de cele ale lunilor de iarna. Conditiile locale, (configuratia Carpatilor, prezenta litoralului maritim), modifica acesta repartitie zonala nord – sud. Astfel, se remarca regiunea extracarpatica cu valori ale radiatiai golbale mai mari cu 8 – 10% decât cele din regiunea intracarpatica. In cadrul acestor doua mari regiuni mentionate mai sus, particularitatile circulatiei atmosferei, ce modifica regimul nebulozitatii, al opacitatii atmosferei, produc modificari spatiale ale valorilor radiatiei globale. Se remarca zona litoralului Marii Negre unde se ating cele mai ridicate fluxuri ale radiatiei globale din zonele joase, apoi Deva si Cluj Napoca unde se ating valorile cele mai mici din zonele de joasa altitudine. In general modul de distributie în teritoriu ale valorilor radiatiei globale sugereaza o diminuare a lor pornind din sud – est spre nord – vest, aceasta, repetam, numai pentru regiunile joase, aceasta fiind în strânsa legatura cu particularitatile zonale ale circulatiei atmosferei pe teritoriul României. Jumatatea nord – vestica si centrala a tarii se gasesc sub influenta circulatiei atlantice care aduce, în aceasta zona mase de aer mai umed, si relativ mai opac, decât cele din est.[4]

Variatia altitudinala

Prezenta marilor trepte de relief produc, prin efectul altitudinii, modificari substantiale ale caracteristicilor optice ale atmosferei, o variatie pe altitudine a fluxurilor radiatiei globale. Din pacate, în România,exista numai un singur punct de masura la altitudine al radiatiei solare globale (Poiana Brasov) situat la aproximativ 1000 metri. Spre deosebire de regiunile joase, în jur de 500 m, unde sunt situate majoritatea punctelor de masura, valorile fluxului radiatiei solare globale la altitudine prezinta o serie de particularitati, atât valorice cât si ca variatie diurna si anuala. In general, valorile radiatiei solare globale, la Poiana Brasov sunt mai mari decât cele de la joasa altitudine, fenomenul fiind mult mai puternic în cazul radiatiei globale pe timp cu cer senin.

Astfel, în lunile de vara fluxul radiatiei solare globale pe cer senin este cuprins la Poiana Brasov între 1033 W/m2 (iunie) si 907 W m -2 (august) iar la Bucuresti între 935 W/m2 (iunie) si 838 W/m2 (august). Diferentele se mentin si în celelalte anotimpuri. Astfel, mai ales, în conditiile cerului lipsit de nori se creaza un gradient vertical al radiatiei solare globale, fenomen explicat prin modificarea caracteristicilor optice ale atmosferei.

Sumele radiatiei solare globale

Sumele medii zilnice multianuale ale radiatiei solare globale prezinta o variatie anuala caracteristica latitudinilor medii impusa de geometria Pamânt – Soare, ce determina succesiunea anotimpurilor si, ca urmare, a circulatiei atmosferei, ce determina modificari în regimul nebulozitatii, a duratei de stralucire a Soarelui si nu în ultimul rând al caracteristicilor optice ale atmosferei (tipuri de mase de aer).

Cele mai mici valori medii sunt caracteristice lunilor de iarna cu un minim anual în luna decembrie. In aceasta luna sumele medii zilnice sunt cuprinse între 882 Wh/m2 (Cluj Napoca), 948 Wh/m2 (Iasi) si 1107 Wh/m2 (Bucuresti), 1142 Wh/m2 (Constanta). Din lunile de iarna , în februarie se ating sumele zilnice medii cele mai mari, la toate statiile acestea depasind 2000 Wh/m2. Pe masura ce se înainteaza spre anotimpul cald, sumele medii zilnice cresc, ele aningând valori cuprinse între 3000 si 3500 Wh/m2 (luna martie) pâna la valori cuprinse între 5500 – 6200 Wh/m2 în luna mai.

Vara, sumele zilnice depasesc 6200 Wh/m2 ajungând pâna la 6800 Wh/m2 . Lunile iunie – iulie sunt momentele din an când se atinge valoarea maxima anuala; 6392 Wh/m2 (iunie – Iasi), 6099 Wh/m2 (iulie la Cluj Napoca), 6202 Wh/m2 (iulie la Timisoara), 6444 Wh/m2 (iulie la Bucuresti) sau 6815 Wh/m2 (iunie la Constanta). Incepând cu luna august sumele medii zilnice încep sa scada odata cu micsorarea duratei zilei. Ele variaza intre 5356 Wh/m2 (Cluj Napoca) si 5952 Wh/m2 (Constanta) în august, scad pâna la 4013 Wh/m2 (Cluj Napoca), 4607 Wh/m2 (Constanta) în luna septembrie, pâna la valori de 1244 Wh/m2 (Timisoara) si 1651 Wh/m2 (Galati) în luna noiembrie. Sumele medii zilnice cele mai mari de radiatie globala se realizeaza în sezonul cald, din aprilie pâna în septembrie, deci perioada dintre echinoctii, când durata zilei este cea mai mare. Lunile aprilie si septembrie reprezinta fiecare, în jur de 9% din suma anuala. Iunie si iulie detin ponderea anuala cea mai mare în ierarhia anuala cu procente ce variaza în jurul a 14%, lucru explicabil prin faptul ca acum durata zilei este cea mai mare iar valorile duratei de stralucire efectiva a Soarelui sunt dintre cele mai mari din an. Ponderea cea mai mica în bugetul radiativ mediu anual îl au lunile decembrie si ianuarie, cu procente cuprinse între 2% si 3%,. Fata de luna iunie, sumele medii zilnice ale lunii decembrie sunt de 7 ori mai mici, pe când cele din lunile septembrie si martie sunt de aproximativ doua ori mai mici.

Fata de suma medie multianuala, sumele medii zilnice ale radiatiei solare globale prezinta o împrastiere mult mai mare legata de variatia gradului de acoperire a cerului cu nori. Aceasta este mai mica în perioada lunilor de iarna si mult mai mare în lunile de vara. In general, se observa ca frecventa lunara cea mai mare o au clasele valorice apropiate de normala sau clasa valorica în care se încadreaza suma medie multianuala. Valorile lunii decembrie se grupeaza numai în trei clase valorice de la 0 la 2200 Wh/m2, pentru ca cele ale lunilor iunie – iulie sa se grupeze în 8 clase valorice de la 551 pâna la 9900 Wh/m2.[4]

In luna decembrie frecventa maxima o au la Iasi, Cluj Napoca, Bucuresti si Timisoara sumele zilnice cuprinse între 551 si 1100 Wh/m2, pe când la Craiova, Constanta, cele cuprinse între 1101 – 2200 Wh/m2. Aproape jumatate din numarul de cazuri din luna decembrie se încadreaza în aceste clase valorice. Aceste diferentieri sugereaza particularitati ale regimului nebulozitatii si ale duratei de stralucire a Soarelui, mai mare pe litoral si în sudul tarii, fata de vestul si nordul tarii.

In luna iunie sumele zilnice se dispun pe mai multe clase de valori, frecventa cea mai mare având-o clasa de valori cuprinse între 6601 si 7700 Wh/m2. Ea este cuprinsa între 32.7% la (Iasi), 31.3% (Cluj Napoca), 36.0 (Galati), pe când în sudul tarii este mai mare 48.7% (Timisoara si Bucuresti), 50.7% (Craiova) si 62.0% (Constanta). Deci în regiunea litoralului, numarul de zile senine cu radiatie puternica au o fercventa mai mare decât în nordul si vestul tarii, revers al particularitatilor zonale ale circulatiei atmosferei.

Valorile medii maxime si minime se dispun în general simetric fata de media multianuala, ele urmând aceeasi variatie anuala.

Sumele maxime medii variaza în lunile de iarna între 1177 Wh/m2 (decembrie) si 3053 Wh/m2 (februarie) la Cluj Napoca si 1323 Wh/m2 (decembrie) si 2874 Wh/m2 (februarie), la Iasi. In sudul tarii si pe litoral acestea sunt mai mari; 1599 Wh m-2 (decembrie) si 3654 Wh/m2 (februarie) la Constanta, sau la Bucuresti cu 1658 Wh/m2 (decembrie) si 1678 Wh/m2 (februarie). Pe masura ce durata zilei creste, valorile maxime cresc si ele.

In lunile de vara acestea variaza între 7233 Wh/m2 (iunie) si 6229 Wh/m2 (august) la Cluj Napoca si între 7704 Wh/m2 (iunie) si 7169 Wh/m2 (august) la Constanta .

Primavara acestea variaza de la 4731 Wh/m2 (martie – Iasi) si 4056 Wh/m2 (martie – Cluj Napoca) la 6805 – 7167 Wh/m2 în luna mai la Cluj Napoca si respectiv Iasi. Cu cât se coboara spre sud valorile maxime medii sunt mai mari; 4389 Wh/m2 (martie) si 6902 Wh/m2 (mai) la Bucuresti si 4922 Wh/m2 (martie) si 7414 Wh/m2 (mai) la Constanta.

Toamna valorile maxime medii ale lunare de toamna sunt cuprinse între 4881 si 5056 Wh/m2 în septembrie (Cluj Napoca ; Iasi) si scad pâna 1669 – 1759 Wh/m2, în noiembrie, la aceleasi statii . La Constanta, sumele zilnice de toamna sunt mai mari, ele fiind cuprinse între 5753 Wh/m2 (septembrie) si 2186 Wh/m2 (noiembrie).

Sumele minime medii scad în lunile de iarna la valori în jur de 1000 Wh/m2. Astfel, ele variaza între 576 Wh/m2 (Timisoara), 651 Wh/m2 (Cluj Napoca) si 643 Wh/m2 (Bucuresti), 646 Wh/m2 (Constanta), în luna decembrie, pâna la 1229 Wh/m2 (Constanta) si 1401 Wh/m2 (Bucuresti), în luna februarie

Vara aceste sume sunt cuprinse între 5073 Wh/m2 (Timisoara) si 5791 Wh/m2 (Constanta) în luna iunie pentru a scadea pâna la 3822 Wh/m2 (Iasi) si 4980 Wh/m2 (Constanta) în luna august.

Primavara în luna martie minimele respective variaza de la 1914 Wh/m2 (Constanta) pâna la 2744 Wh/m2 (Cluj Napoca), ele crescând pâna în jurul valorilor de 4500 – 5000 Wh/m2 în luna mai.

Toamna aceste sume sunt în septembrie, cuprinse între 2501 Wh/m2 (Timisoara) si 3758 Wh/m2 (Galati) si scad pâna la sub 1000 Wh/m2 în noiembrie. In general, se remarca atât pentru sumele zilnice maxime si minime medii, o variatie latitudinala mai pregnanta în lunile de vara si iarna spre deosebire de anotimpurile de tranzitie când aceasta este mai putin evidenta.

Valorile maxime absolute prezinta si ele o variatie anuala impusa, în principal, de variatia înaltimii Soarelui deasupra orizontului si deci de modificarea unghiului de incidenta a razelor solare si de durata zilei. Bineînteles ca sumele zilnice maxime absolute sunt caracteristice zilelor senine. Pe un cer lipsit de nori, cantitatea de radiatie solara este maxima. Apoi, într-o astfel de zi, durata de stralucire a soarelui este maxima, ea fiind aproape identica cu durata astronomica a zilei. In opozitie cu acestea, sumele zilnice minime absolute sunt caracteristice zilelor cu cer complet acoperit, de cele mai multe ori, cu precipitatii.

Cele mai mari valori ale sumelor zilnice maxime absolute ale radiatiei solare globale se ating în lunile de vara. Pe întreg teritoriul României acestea nu coboara, în general, sub 8000 Wh/m2, atingând un maxim în luna iunie .

In luna iunie sumele zilnice ating si depasesc 9000 Wh/m2, 9289 Wh/m2 la Iasi, 9339 Wh/m2 la Timisoara, 9282 Wh/m2 la Constanta, etc. Iarna aceste valori scad, în decembrie, la 1942 Wh/m2 la Iasi, 1954 Wh/m2 la Cluj Napoca, 2012 Wh/m2 la Timisoara si 2861 Wh/m2 la Constanta. [4]

Sumele minime absolute, sunt si ele mai mari în lunile de vara, variind între 700 pâna la aproximativ 1000 Wh/m2; 897 Wh/m2 la Iasi, 926 Wh/m2 la Constanta si 977 Wh/m2 la Timisoara, în luna iunie. In luna iulie, la statiile din sudul tarii valorile pot depasi 1000 Wh/m2; 1035 Wh/m2 (Craiova), 1079 Wh/m2 (Bucuresti) si 1128 Wh/m2 (Constanta). Iarna valorile minime absolute scad pâna în jur de 100 Wh/m2; 105 Wh/m2 (Iasi), 116 Wh/m2 (Timisoara), 147 Wh/m2 (Constanta) în decembrie, pentru ca în februarie ele sa varieze între 244 Wh/m2 (Cluj Napoca) si 326 Wh/m2 (Constanta).

Influenta nebulozitatii asupra sumelor radiatiei solare globale

Norii influenteaza puternic cantitatea de radiatie solara globala. Circulatia atmosferei, prin activitatile frontale duc la o continua modificare a gradului de acoperire cu nori a boltii ceresti.Gradul de acoperire cu nori si tipul norilor influenteaza durata de stralucire a Soarelui si de aici, radiatia solara globala. Pentru a scoate mai bine în evidenta influenta norilor asupra radiatiei solare globale s-au grupat sumele zilnice ale acesteia, ca medii obtinute din zilele cu cerul senin (neb. 0 – 3) si din zilele cu cerul acoperit (neb. 8 – 10) .

Sumele medii zilnice pe cer senin (Qo) prezinta o variatie anuala cu un minim de iarna, în luna decembrie (solstitiul de iarna) si un maxim de vara, în iunie (solstitiul de vara). In decembrie acestea sunt cuprinse între 1579 Wh/m2 la Cluj Napoca, 1535 Wh/m2 la Timisoara, 1605 Wh/m2 (Iasi) si 1668 Wh/m2 la Bucuresti si 1803 Wh/m2 la Constanta. Odata cu cresterea înaltimii Soarelui si a cresterii duratei zilei, sumele zilnice cresc ajungând în luna iunie sa varieze între 8118 Wh/m2 la Timisoara, 8211 Wh/m2 la Iasi, 8419 Wh/m2 la Bucuresti si 8420 Wh/m2 la Constanta.

Pentru situatia cerului acoperit (Qn), sumele zilnice prezinta o variatie anuala identica cu cele de pe timp senin, cu minimul pronuntat din decenbrie si maximul de vara . Astfel ele variaza între 465 Wh/m2 la Timisoara, 582 Wh/m2 la Iasi si 656 Wh/m2 la, Constanta în decembrie si 2512 Wh/m2 la Iasi sau 2823 Wh/m2 la Constanta în iulie. Daca se considera raportul Q/Qo se observa ca valoarea acestuia creste de la lunile de iarna spre cele de vara. Astfel, în lunile de iarna valoarea acestui raport este cuprinsa între 0.56 – 0.69. Cele mai mici valori de iarna se ating la Cluj Napoca, pentru toate lunile. In lunile de vara, raportul creste pâna la valori de 0.80. Maxima este de 0.83 în luna august la Constanta.

1.4.4 Radiatia solara reflectata

Ajunsa la suprafata terestra o parte din radiatia solara incidenta (directa + difuza) este reflectata. Marimea fluxului radiatiei reflectate depinde, pe lânga factorii astronomici si meteo – climatici, în primul rând de natura suprafetei active, de capacitatea ei de reflexie. Raportul procentual dintre radiatia reflectata si cea incidenta poarta numele de albedou (WMO, 1982).

Albedoul

Capacitatea de reflexie a diferitelor suprafetei naturale depinde, în primul rând de proprietatile ei fizice, tipuri de soluri si de vegetatie, faza fenologica, gradul de umezeala, apoi unghiul de înaltime a Soarelui si implicit unghiul de incidenta al radiatiei solare.

Se remarca marea varietate a reflectivitatii suprafetelor naturale. Cea mai mare capacitate de reflexie o are zapada proaspata, pe vreme geroasa. Valori mari ale albedoului prezinta si terenurile nisipoase si în general, orice suprafata uscata. Suprafata activa acoperita cu vegetatie (de orice fel) are o capacitate de reflexie mai mare decât solul descoperit. Albedoul covorului vegetal depinde de speciile componente si de anotimp. Padurile de rasinoase, (brad si molid), reflecta mai putin (10 – 15%) decât cele de foioase (15 – 25%). Albedoul suprafetelor acvatice este în jur de (6 – 7%) cu mult mai mic decât cel al suprafetelor terestre.

Valorile albedoului prezinta, pentru latitudinile noastre, un mers diurn specific impus, în primul rând de relatiile geometrice Pamânt – Soare, cu un minim la momentul amiezii si valori mai mari la orele extreme ale zilei

Radiatia solara reflectata

Indiferent de momentul din an, radiatia solara reflectata, în valori medii, prezinta un mers diurn cu o crestere, de la momentul rasaritului pâna la momentul amiezii adevarate, când se atinge, de regula maxima zilnica, dupa care ea scade în a doua parte a zilei spre apus . Astfel în decembrie (solstitiul de iarna), valorile orare ale radiatiei reflectate variaza între 49 W/m2 (Constanta), 70 – 77 W/m2 la Iasi si Cluj Napoca si 167 W/m2 la Poiana Brasov la amiaza (ora 12 T.S.A). La orele 9 si 15, valorile medii ale radiatiei reflectate sunt de aproximativ trei ori mai mici, ele variind de la 21 pâna la 69 W/m2. Valorile mai mari ale radiatiei reflectate la Iasi, Cluj Napoca si Poiana Brasov sunt mai mari decât la celelalte statii datorita intervalului mai mare de presistenta a stratului de zapada.

In luna iunie (solstitiul de vara), mersul diurn al radiatiei reflectate se pastreaza, valorile fiind mai mari ca urmare a cresterii intensitatii radiatiei incidente si a schimbarii caracteristicilor suprafetei terestre. Vara, la ora 12, radiatia reflectata este cuprinsa între 126 W/m2 la Timisoara si Constanta, 133 W/m2 la Bucuresti si Cluj Napoca, 147 W/m2 la Iasi si 176 W/m2 la Poiana Brasov. La orele 9 si 15, radiatia reflectata scade, la toate statiile considerate, în jur de aproximativ 100 W/m2 pe când la Poiana Brasov ea variaza între 119 si 133 W/m2. Spre extremitatile zilei (orele 6 si 18) radiatia reflectata scade pâna la 50 – 21 W/m2 .

Variatia anuala a radiatiei solare reflectate prezinta doua maxime, unul de iarna si celalalt în a doua parte a verii. Pentru statiile din jumatatea nordica a României, maximul anual principal, se produce în luna februarie, când, la ora 12 se ating valori medii lunare cuprinse între 171 si 181 W/m2 la Iasi si Cluj Napoca, si 314 W/m2 la Poiana Brasov, la momentul amiezii. La statiile din sudul tarii, valorile sunt mai mici; 105 W/m2 la Timisoara, 140 W/m2 la Bucuresti si sub 100 W/m2 la Constanta, la ora 12.

Al doilea maxim, apare în luna august la statiile de joasa altitudine si în iulie la altitudinea de 1000 m. Valoric acesta este mai mic în nord (Iasi, Cluj Napoca) si în altitudine (Poiana Brasov), fata de sudul tarii si pe litoral unde el este mult mai bine exprimat decât cel de iarna. Minimul anual se atinge, la sfârsitul toamnei, în luna noiembrie, la toate statiile. [4]

1.4.5 Radiatia absorbita

Diferenta dintre fluxurile radiatiei solare globale si reflectate reprezinta valoarea radiatiei solare absorbite de catre suprafata activa terestra. Valorile radiatiei absorbite depind, în primul rând, de fluxul radiatiei descendente (radiatia solara globala), cu cât acesta este mai mare si cantitatea de radiatie absorbita va fi mai mare. Deci absorbtia radiatiei solare depinde si ea de geometria Pamânt – Soare, care produce variatiile înaltimii Soarelui pe bolta si de modificarea unghiului de incidenta a radiatiilor cu suprafata terestra, care duce la modificarea densitatii de flux. Bineînteles ca albedoul suprafetei active îsi spune cuvântul acesta disipând mai mult sau mai putin fluxul radiativ incident. In valori medii radiatia solara absorbita prezinta un mers diurn si anual asemanator cu cel al radiatiei solare globale .

Mersul diurn al radiatiei absorbite este ascendent în prima parte a zilei, atinge un maxim la amiaza dupa care scade în a doua parte a zilei. In luna decembrie, la amiaza, valorile medii ale radiatiei solare absorbite sunt cuprinse între 84 W/m2 la Iasi, 105 W/m2 la Cluj Napoca si Timisoara si 146 W/m2 la Constanta . La orele 9 si 15, în aceeasi luna, aceasta variaza între 28 si 35 W/m2 la Iasi si 56 W/m2 la Constanta.

In luna iunie valorile cresc, urmare a cresterii, în principal, al fluxurilor radiative incidente (radiatia globala). La momentul amiezii aceasta variaza între 558 W/m2 la Cluj Napoca, 586 W/m2 la Iasi, 607 W/m2 la Bucuresti si 677 W/m2 la Constanta. La orele 9 si 15 fluxul radiatiei absorbite variaza între 398 si 454 W/m2 la Cluj Napoca si Iasi, poate atinge pâna la 461 W/m2 la Timisoara, 426 – 468 W/m2 la Bucuresti, 517 – 524 W/m2 la Constanta.

Variatia anuala a fluxului radiativ absorbit se aseamana cu cea a radiatiei solare globale. Aceasta înregistreaza un minim principal iarna, si un maxim principal vara. Cantitatea de radiatie absorbita este minima, la momentul solstitiului de iarna (decenbrie), atunci când si fluxul incident este minim iar radiatia reflectata atinge valorile cele mai mari din an, ca urmare a permanentei stratului de zapada.

Maximul principal se produce în lunile de vara, iunie sau iulie, deci atunci când valorile radiatiei incidente devin si ele cele mai mari valori lunare din an. Ca si în cazul celorlalti parametrii radiativi, de care este legata (fluxul radiatiei solare globale si reflectate), radiatia absorbita prezinta o variatie spatiala (latitudinala) vizibila. Se remarca o variatie, în sensul cresterii, de la nord la sud, zonele unde absorbtia este cea mai importanta fiind litoralul si sudul tarii. Pe masura ce altitudinea cerste, fluxul radiatiei absorbite are tendinta de scadere. Astfel la Poiana Brasov acesta variaza iarna (decembrie) între 43 si 91 W/m2, fata de 49 si 126 W/m2 la Bucuresti în aceeasi luna. Situatia se mentine si în perioada calda a anului, în iunie: 342 – 545 W/m2 la Poiana Brasov, fata de 468 – 607 W/m2 la Bucuresti. In general, valorile radiatiei absorbite în regiunea montana (la 1000 m) sunt comparabile cu cele atinse la statiile din jumatatea nordica a tarii (Iasi si Cluj Napoca).[4]

1.5 Radiatia solara in Romania

In actualul context al crizei energetice si schimbarii climei datorate in mare parte poluarii produse de arderea combustibililor fosili energia solara devine cea mai importanta si sigura alternativa pe termen lung tinand cont ca este gratuita,regenerabila,nepoluanta,practic inepuizabila, larg raspandita si usor de produs.[17]

In Romania,datorita pozitiei geografice, radiatia solara pe metru patrat se situeaza intre 900 si 1450 kWh functie de anotimp; in timpul iernii putem capta pana la 5 kWh/m2 intr-o zi senina, vara cantitatea putand fi de 5 ori mai mare datorita duratei mai mari de insolatie. Cantitatea medie de energie solara pe metru patrat / zi (kWh/m2/zi) conform masuratorilor NASA este data in tabelul de mai jos ne ajuta in dimensionarea sistemului in functie de necesitatile noastre si gradul de insolatie al zonei:

România este localizată într-o zonă cu potențial solar bun, beneficiind de 210 zile însorite pe an și un flux anual de energie solară cuprins între 1000 kWh/mp/an și 1300 kWh/m2/an. Din această cantitate doar 600-800 kWh/m2/an sunt utilizabili din punct de vedere tehnic. Potențialul energetic solar s-a reflectat în ultimii ani în creșterea investițiilor în centrale solare: în 2007 centralele solare din România aveau o capacitate de producție de 0.30 MW, crescând în 2011 la 2.9 MW și ajungând la 5 MW în 2012. Conform raportului Country Attractiveness Indices, lansat în noiembrie 2011 de Ernst & Young, România se află pe locul 13 între cele mai attractive țari din lume în ceea ce privește investițiile în acest domeniu.

Pornind de la datele disponibile s-a alcătuit o hartă ce schematizează distribuția radiației solare pe teritoriul României. Harta a fost realizată prin analizarea si prelucrarea datelor furnizate de către ANM, Nasa, JRC si Meteotest. Datele sunt exprimate în kWh/m2/an, în plan orizontal, această valoare fiind utilizată de obicei în aplicațiile energetice fotovoltaice si termice.

In hartă există 3 zone de interes:

-primul areal: include suprafețele cu cel mai ridicat potențial și acoperă Dobrogea și o mare parte din Câmpia Română

-al doilea areal: include nordul Câmpiei Române, Podișul Getic, Subcarpații Olteniei  și Munteniei o bună parte din Lunca Dunării,  sudul  și centrul  Podișului Moldovenesc  și Câmpia  și Dealurile Vestice  și vestul Podișului Transilvaniei, unde radiația solară pe suprafață orizontală se situează între 1300 și 1400 MJ / m2.

-al treilea areal: dispune de mai puțin de 1300 MJ/m2 și acoperă cea mai mare parte a Podișului Transilvaniei, nordul Podișului Moldovenesc și Rama Carpatică

Zona de interes deosebit pentru aplicațiile electroenergetice ale energiei solare in țara noastră este cea ce acoperă Dobrogea și o mare parte din Câmpia Română.

În concluzie nivelul de radiații din România este foarte bun comparativ cu cel al altor țări cu climat temperat, iar diferențele, in funcție de zona geografică, sunt foarte mici.Din acest motiv țara noastră se situează în zona europeană B de însorire, ceea ce ofera avantaje reale pentru exploatarea energiei solare. Din păcate în Romania nu s-au făcut incă investiții majore din cauza lipsei de sprijin din partea statului și a unei politici mai clare în această privință. Drept consecință la momentul actual se folosește doar 2% din potențialul energetic solar al țării (1,2 TWh producție anuală).[18]

R

Fig.1.5 Potentialul energetic solar al Romaniei [18]

Capitolul II

SOLUȚII TEHNICE PENTRU REALIZAREA INSTALAȚIILOR SOLARE

2.1 Descrierea instalațiilor solare

Instalațiile solare cuprind – la modul general – trei părți principale:

a) sursa de producere a căldurii – captatorul solar – Este elementul care transformă radiația solară în căldură. Căldura obținută este proporțională cu mărimea și randamentul captatorilor folosiți;

b) transportul și stocarea căldurii – sistem alcătuit din conductele de transport a apei calde, pompa de circulație, sistemele de automatizare și reglare a funcționării;

c) consumatorul de căldură, la care, în funcție de tipul instalației, căldura poate fi cedată apei reci pentru prepararea apei calde menajere, apei din piscină pentru a ridica temperature acesteia sau agentului termic din instalația de încălzire.

În funcție de soluțiile tehnice adoptate, instalațiile solare se pot clasifica după

următoarele criterii:

a) după modul în care este transportată căldura de la captatorul solar la consumator, instalațiile sunt:

– fără transportul căldurii – captator solar cu acumulator;

– cu circulație gravitațională;

– cu circulație forțată.

b) după modul în care se face transferul termic de la captatorul de căldură la consumator, sistemele pot fi:

– fără schimbător de căldură;

– cu schimbător de căldură montat în acumulator;

– cu schimbător de căldură montat în exteriorul acumulatorului.

c) după presiunea din sistemul de producere și transport al căldurii:

– sisteme deschise – ( circuit deschis );

– sisteme închise – ( circuit închis ); [19]

2.1.1 Instalații solare fără transportul căldurii – captator solar cu accumulator

Acest sistem reprezintă varianta cea mai simplă, deoarece apa este încălzită direct în captatorul solar și nu există sistem de conducte special construit pentru transportul apei încălzite până la rezervorul de acumulare.

Cel mai simplu captator solar cu acumulare poate fi constituit dintr-un furtun negru de lungime mai mare, montat pe un perete sau acoperiș orientat spre sud și având capătul racordat la un robinet de apă.

Această soluție constructivă simplă și ieftină poate asigura în zilele însorite apa

caldă necesară pentru un duș dar durata de viață este scurtă datorită îmbătrânirii materialului din care este confecționat furtunul, iar temperatura apei calde obținute este insuficientă în zilele mai puțin însorite, cantitatea de apă caldă fiind dependentă de lungimea furtunului.

Captatorii solari cu acumulare moderni sunt realizați sub forma unor rezervoare de acumulare cu o suprafață mare expusă radiației solare ca în figura 2 sau cu concentrarea radiației solare spre suprafața absorbantă care este izolată termic cu un material izolator transparent, așa cum se vede în figura 2.1.

Dacă avantajele acestei forme de producere a căldurii sunt evidente ( construcție simplă, robustă și prețuri scăzute) trebuie să menționăm și posibilele dezavantaje:

– pentru a obține temperaturi suficiente ale apei este necesară o intensitate mare a radiației solare;

– apa rămâne caldă în captatorul solar un timp mai scurt decât dacă ar fi acumulată într-un boiler convențional izolat termic; [19]

Fig. 2 Captator solar cu acumulare [19]

Fig. 2.1 Captator solar cu acumulare [19]

Dacă avantajele acestei forme de producere a căldurii sunt evidente ( construcție

simplă, robustă și prețuri scăzute) trebuie să menționăm și posibilele dezavantaje:

– pentru a obține temperaturi suficiente ale apei este necesară o intensitate mare a radiației solare;

– apa rămâne caldă în captatorul solar un timp mai scurt decât dacă ar fi acumulată într-un boiler convențional izolat termic;

– sistemul trebuie golit în întregime de apă în sezonul rece ( există pericolul de îngheț ).

2.1.2 Instalații solare cu circulație gravitațională

Funcționarea acestor instalații utilizează principiul circulației gravitaționale a agentului termic – cunoscut și folosit la instalațiile de încălzire centrală vechi ce folosesc ca agent termic apa caldă – adică, apa care este încălzită în cazan își mărește volumul și drept urmare scade greutatea specifică a acesteia ( termosifonul ). Astfel, devenind mai ușoară, apa încălzită urcă în conducta de distribuție a agentului termic pătrunde în corpurile de încălzire unde cedează căldura.

În cazul instalațiilor solare, agentul termic încălzit în captatorul solar urcă și parcurge drumul până la rezervorul de acumulare montat deasupra captatorului solar, iar după cedarea căldurii în rezervorul de acumulare coboară prin conducta de întoarcere ( datorită greutății specifice mai mari ) la captatorul solar ( vezi figura 2.2 ).

Fig. 2.2 Instalație solară pentru prepararea apei calde menajere, cu circuit deschis și circulație gravitațională [19]

Circulația agentului termic este cu atât mai intensă cu cât crește intensitatea radiației solare captate adică, cu creșterea diferenței de temperatură a agentului termic din captator și rezervorul de acumulare. În felul acesta circulația agentului termic și cedarea de căldură se autoreglează fără a fi necesare alte sisteme de reglare sau control.

Această variantă constructivă simplă este adoptată acolo unde se construiesc instalații solare mici, sau unde lipsește sursa de tensiune pentru alimentarea pompei de circulație și a sistemului de automatizare și control.

Pentru o funcționare corespunzătoare a sistemului este necesară respectarea

unor condiții de amplasare și montare:

– rezervorul de acumulare trebuie să fie montat cu 0,6 – 1m deasupra captatorului solar pentru realizarea unei circulații gravitaționale corespunzătoare precum și pentru a evita circulația inversă atunci când agentul termic din rezervorul de acumulare este mai cald decât agentul termic din panoul solar ( spre exemplu în timpul nopții );

– conductele de legătură dintre captatorul solar și rezervorul de acumulare trebuie să fie verticale sau cu pantă ascendentă înspre rezervorul de acumulare.

– se vor evita traseele lungi de conducte orizontale;

– pentru a avea pierderi de presiune mici în conducte acestea vor avea diametre mai mari decât în cazul sistemelor solare cu circulație forțată și traseele se vor realiza cât mai scurte posibil.

În cazul în care aceste condiții nu pot fi respectate se recomandă realizarea sistemului

cu circulație forțată. [19]

2.1.3 Instalații solare cu circulație forțată

Prin montarea unei pompe de circulație cu funcționare controlată între captatorul

solar și rezervorul de acumulare ( figura 2.3 ) se realizează o circulație forțată a agentului termic și se elimină condițiile de montare amintite la instalațiile cu circulație gravitațională.

Dacă pompa de circulație a fost aleasă corespunzător ( înălțimea de pompare, debitul

pompat și randamentul pompei ) se poate realiza o circulație corespunzătoare folosind conducte de diametre mici, astfel încât creșterea de temperatură în captatorul solar să fie de 5-10K, asigurând captatorului un randament cât mai mare.

Fig. 2.3 Instalație solară pentru prepararea apei calde menajere [19]

Un termostat diferențial sesizează temperatura apei în colector și în rezervorul de acumulare, și pompa de circulație va porni atunci când transferul termic este eficient, adică atunci când diferența de temperatură dintre captatorul solar și rezervorul de acumulare este mai mare decât o valoare stabilită. Sistemele de automatizare mai complexe pot să cuprindă și alte funcții, ca de exemplu limitarea superioară a temperaturii apei calde menajere sau stocarea apei calde în două rezervoare de acumulare.

Datorită avantajelor pe care le prezintă sistemul cu circulație forțată a agentulu termic este folosit chiar și la instalațiile solare mici iar sistemele mai mari sunt practice toate realizate în varianta cu circulație forțată. Chiar și acolo unde nu există sursă de curent electric se poate monta o pompă de circulație și sistem de automatizare alimentate de la un mic panou de celule fotovoltaice sau de la un generator de curent.[19]

Transferul termic și construcția circuitelor.

Soluția tehnică – sistem închis sau sistem deschis – urmărește asigurarea unui

transfer termic eficient, însoțit de o circulație avantajoasă.

În cazul în care transferul termic se realizează clasic – fără schimbător de căldură

– captatorul solar și rezervorul de acumulare sunt în legătură directă, iar agentul termic care circulă prin acestea este, de fapt, consumatorul de căldură ( de exemplu, apa din piscină care trebuie încălzită, apa rece care trebuie încălzită pentru a se obține apă caldă menajeră sau agentul termic din instalația de încălzire, așa cum se vede în figura 2.4 și figura 2.5).

Fig. 2.4 Instalație solară pentru prepararea apei calde menajere cu circuit deschis și rezervor de acumulare [19]

Fig. 2.5 Instalație solară pentru prepararea apei calde menajere cu circuit închis și rezervor de acumulare [19]

Prin introducerea unui schimbător de căldură în rezervor se realizează o separare hidraulică a circuitului de agent termic din captatorul solar de circuitul hydraulic al consumatorului de căldură. În felul acesta se poate folosi în circuitul captatorului solar un agent termic cu temperatura de îngheț coborâtă ( amestec de apă cu antigel ) și circuitul poate să rămână încărcat și iarna chiar dacă temperatura exterioară coboară mult ( vezi figura 2.6 și figura 2.7 ).

Fig. 2.6 Instalație solară pentru prepararea apei calde menajere cu rezervor de acumulare și schimbător de căldură, circuit deschis [19]

Fig. 2.7 Instalație solară pentru prepararea apei calde menajere cu

rezervor de acumulare și schimbător de căldură, circuit închis [19]

Poziția schimbătorului de căldură poate fi în interiorul rezervorului de acumulare sau în exterior și se alege în funcție de puterea termică ce trebuie transferată; la puteri termice mari este mai economic schimbătorul de căldură exterior.

Dacă instalația solară este construită ca sistem deschis ( figurile 2.6 și 2.4 ) este necesară montarea unui vas de expansiune deschis în punctul cel mai înalt al instalației

pentru a prelua variațiile de volum ale fluidului din circuitul captatorului solar la

modificarea temperaturii. Drept urmare, presiunea în circuit este relativ mică, dată doar de înălțimea coloanei de fluid din vasul de expansiune deschis.

Instalațiile solare construite ca sistem închis ( figurile 2.7 și 2.5 ) sunt sisteme sub presiune prevăzute cu un vas de expansiune închis pentru a prelua dilatările fluidului din instalație și cu o supapă/ventil de siguranță pentru a limita presiunea din instalație. Pentru instalațiile solare de preparare a apei calde menajere în zona Europei centrale s-au impus sistemele închise cu schimbător de căldură ( separare hidraulică a circuitelor )

Sistemele fără schimbător de căldură se pot folosi pe tot parcursul anului doar în țările din sudul Europei ( unde, în plus, nu există pericol de îngheț în sezonul rece și nu trebuie golită instalația ).

În Europa Centrală se folosesc doar în sezonul cald, pentru instalații simple de preparare a apei calde menajere sau/și instalații de încălzire a apei din piscine.

Motivele pentru care sistemele deschise nu se mai construiesc aproape deloc ar fi:

1. – cazul fără schimbător de căldură: – vasul de expansiune trebuie amplasat la înălțime mare ( uneori dificil de realizat ) pentru a asigura presiunea de utilizare apei calde de consum;

2. – cazul cu schimbător de căldură: – circuitul captatorului solar pierde cantități mari de agent termic prin evaporarea ( în vasul de expansiune deschis) impunând o verificare și întreținere frecventă;

3. – sistemele deschise permit accesul oxigenului în instalație și apare o coroziune mai accentuată decât în cazul sistemelor închise.[19]

2.2 Exemple de instalații solare

Prezentăm în continuare schematic, variante constructive folosite în practică pentru instalațiile solare cu circuit închis și schimbător de căldură.

1. Varianta standard pentru o instalație solară de preparare a apei calde menajere este prezentată în figura 2.8. Soluția este cea mai simplă și ieftină variantă de sistem cu circulație forțată și de acea foarte des întâlnită. Pompa de circulație vehiculează agentul termic între captatorul solar și schimbătorul de căldură din boiler ( serpentină ), atunci când temperatura agentului termic în captatorul solar este mai mare decât temperatura apei calde menajere din boiler. [19]

Fig. 2.8 Instalație solară cu circuit închis și rezervor de acumulare cu schimbător de căldură [19]

2. În figura 2.9 este prezentată o instalație asemănătoare cu cea anterioară, dar suplimentar a fost montată o vană cu trei căi în circuitul de agent termic al captatorului solar pentru a putea împiedica circulația agentului termic prin serpentina boilerului în intervalele de timp când agentul termic din captatorul solar are temperatura mai mică decât temperatura apei calde menajere din boiler.

Fig. 2.9 Instalație solară pentru prepararea apei calde menajere cu circuit închis și rezervor de acumulare cu schimbător de căldură – varianta cu vană de separare a circuitelor [19]

3. Pentru instalațiile de mărime medie și mare se poate folosi un schimbător de căldură exterior rezervoarelor de acumulare a apei calde menajere, sistem care presupune însă montarea unei pompe de circulație separate pentru vehicularea apei calde menajere prin schimbătorul de căldură, după cum este reprezentat în figura 2.10.

Fig. 2.10 Instalație solară închisă și circulație forțată cu schimbător de

căldură exterior rezervorului de acumulare [19]

4. Dacă există condiții de amplasare corespunzătoare/avantajoasă se poate realize sistemul cu circulație gravitațională a agentului termic între captatorul solar și serpentina rezervorului de acumulare a apei calde menajere, conform schemei din figura 2.11.

Fig. 2.11 Instalație solară închisă cu circulație gravitațională și rezervor de acumulare cu schimbător de căldură [19]

5. Pentru instalațiile mijlocii și mari se utilizează două rezervoare de acumulare de volume mai mici în locul unuia de volum mare, iar pentru a controla încălzirea apei în cele două rezervoare de acumulare se folosește o vană cu trei căi ( acționată funcție de temperaturile agentului termic și a apei din rezervoare ) – vezi figura 2.12 – ceea ce constituie o soluție avantajoasă din punct de vedere funcțional ( consumuri variabile ). Rezervoarele de acumulare pot fi ambele pentru prepararea apei calde menajere sau unul pentru prepararea apei calde menajere și unul pentru încălzirea ( sau preîncălzirea ) agentului termic din instalația de încălzire.

Fig. 2.12 Instalație solară cu circuit închis și două rezervoare de acumulare cu schimbător de căldură [19]

6. O altă variantă constructivă o reprezintă folosirea captatorului solar atât pentru prepararea apei calde menajere cât și pentru încălzirea apei din piscină prin intermediul unui schimbător de căldură după cum este reprezentat în figura 2.13.

Fig. 2.13 Instalație solară pentru prepararea apei calde menajere și încălzirea apei din piscină [19]

7. Figura 2.14 prezintă situația utilizării energiei solare obținute prin intermediul captatorilor solari eficienți, într-o schemă complexă, pentru încălzire centrală și prepararea apei calde menajere.

Fig. 2.14 Instalație solară pentru prepararea agentului termic de încălzire și prepararea apei calde menajere [19]

Fig. 2.15 Echiparea cu armături a instalațiilor solare cu circuit închis [19]

Observație: Circuitul închis de agent termic dintre captatorul solar și schimbătorul de căldură prin intermediul căruia este cedată căldura trebuie să cuprindă un minimum de armături de siguranță, măsurare și control ( figura 2.15 ) ca orice sistem închis cu circulație forțată în care este vehiculat fluid cu temperatură variabilă.

Prin cele prezentate se evidențiază multiplele posibilități de realizare a instalațiilor solare, atât soluții tehnice mai simple cât și mai complexe din punct de vedere al construcției și automatizării. La alegerea sistemului se vor lua în considerare atât scopul în care se dorește utilizarea sistemului, condițiile locale, cât și aspectele tehnico – economice.[19]

CAPITOLUL III

STUDIU DE CAZ

INSTALATIE TERMICA SOLARA PENTRU PREPARAREA APEI CALDE MENAJERE

3.1 Informații generale privind nevoile de apă caldă

Informații generale

Atunci când se alege un sistem solar pentru apă caldă, mai întâi trebuie să se determine consumul nostru de apă caldă, atât cantitativ, cât și în ceea ce privește temperatura de utilizare preferată. Tipic este calculată o temperatură de consum de 45°C, iar pentru calculul cantității necesare trebuie să țineți cont de nevoile zilnice.[20]

Calculul nevoilor de utilizare a apei calde

REZIDENȚII

În familiile rezidente, nevoile de apă rămân stabile pe timpul întregului an. Necesarul este dat de numărul de persoane care locuiesc în clădire (sau apartament). În mod obișnuit consumul zilnic de apă caldă pentru o persoană la temperatura de 45° C se calculează luând în considerare următoarele:

Un consum scăzut 35 litri / persoană / zi

Un consum mediu 60 litri / persoană / zi

Un consum ridicat 80 litri / persoană / zi

În cazul în care dorim să conectăm la instalația solară mașina de spălat rufe și mașina de spălat vase, nevoile zilnice de consum se majorează astfel:

Mașina de spălat rufe 20 litri / zi (o spălare pe zi)

Mașina de spălat vase 20 litri / zi (o spălare pe zi)

HOTELURI + CĂMINE

În clădirile cum ar fi hotelurile, căminele etc. nevoile de apă caldă depind de numărul de beneficiari. În acest caz consumul zilnic de apă caldă se calculează în funcție de gradul mediu de ocupare al camerelor, în perioada din Mai până în August. Utilizând această bază se determină mărimea instalației propuse. Mai jos se indică nevoile zilnice pentru o persoană de apă caldă la temperatura de 45°C.

Cămine cu camere prevăzute cu baie separată: 35 litri / persoană / zi

Cămine: 40 litri / persoană / zi

Hotel de două stele: 50 litri / persoană / zi

Hotel de trei stele: 80 litri / persoană / zi

Hotel de patru stele: 100 litri / persoană / zi

Camping: 60 litri / persoană / zi

ALTE APLICAȚII

Mai jos se prezintă consumul zilnic pentru alte aplicații:

Spitale și clinici 80 litri / pat

Rezidența universitară 80 litri / pat

Vestiare și dușuri publice 20 litri / persoană

Școli 5 litri / student

Restaurante 8 la 15 litri / masă servită

Baruri 2 litri / client

Penitenciare 30 litri / persoană

Fabrici 20 litri / persoană

Birouri 5 litri / angajat

Sală de sport 30 litri / utilizator

Informațiile de mai sus pot fi utilizate în diferite combinații, astfel încât în fiecare caz concret să poată fi calculat corespunzător consumul mediu zilnic.[20]

FACTORI CE SPORESC NECESITĂȚILE

În cazul în care există un sistem de recirculare pentru utilizarea apei calde, acesta trebuie să se ia în considerare în cadrul determinării necesarului. Calculul trebuie să fie făcut de fiecare dată în mod individual, conform tabelelor de mai sus, precum și în funcție de dimensiunile circuitului și ale izolației termice ale acestuia. În mod suplimentar, la determinarea nevoilor totale, trebuie luate în considerare pierderile totale de căldură din circuitul de distribuție de la punctul de stocare până la punctul de final de consum.[20]

Necesarul zilnic de apă calda menajeră pentru hoteluri

În funcție de categoria hotelului, consumul zilnic de apa caldă menajeră variază între 70 și 160 litri pe cameră și între 8 și 15 litri în bucătărie pe porție.

Clientela este din ce în ce mai atașată de protecția mediului, iar un sistem care utilizează energia solară contribuie la buna imagine a hotelului. Cu toate acestea, valoarea unui sistem care utilizează energia solară depinde în mare măsură de gradul de ocupare al hotelului.[21]

Câteva cifre relevante:

Tabelul 3.1 [21]

(Sursa: Calculs pratiques de plomberie sanitaire. Editions Parisiennes)

Tebelul 3.2 Necesarul zilnic de apă caldă menajeră în litri / zi / cameră la 60 °C[21]

Tabelul 3.3 Coeficient de corecție care urmează a fi aplicat[21]

(Sursa EDF : Eau chaude électrique Résidentiel et Tertiaire – March 1987)

Instituții de sănătate și sanatorii pentru vârstnici

Aceste instituții au necesaruri importante de apă caldă menejeră, acestea fiind relative constante de-a lungul anului. Consumul zilnic este de aproximativ 60 de litri pe pat, la care trebuie adăugat necesarul pentru bucătărie (de 8 la 15 litri pe porție) și pentru spălătorie (6 litri pe kg de rufărie).

Câteva cifre relevante:

Tabelul 3.4 [21]

(Sursa: Calculs pratiques de plomberie sanitaire. Editions Parisiennes)

Tabelul 3.5 Alte instituții [21]

(Sursa: Calculs pratiques de plomberie sanitaire. Editions Parisiennes)

Tabelul 3.6 Alte aplicații [21]

(Sursa: Calculs pratiques de plomberie sanitaire. Editions Parisiennes)

Date si informatii initiale

Am efectuat un studiu care se referă la o locuință compusă din șase persoane ce are un consum de 60 litri / persoană / zi, astfel că instalația solară va trebui să producă zilnic minim 360 litri apă caldă menajeră.

Volumul boilerului de stocare trebuie sa acopere deficitul de apă caldă menajeră. Din acest motiv am ales un boiler cu capacitatea de 400 litri.

De regula, temperatura apei reci utilizate pentru prepararea apei calde menajere este de 10 °C.

Apa caldă menajeră trebuie sa ajungă la consumator la o temperatură de 45 °C. Temperatura in boilerul de stocare trebuie sa fie mai mare de 45 °C, reglajul la această temperatură realizandu-se prin intermediul unui ventil plasat in rețeaua de distribuție, la iesirea din rezervorul de acumulare.

În general în boiler temperatura practicată este de 60 °C pentru a asigura dezinfectia apei calde menajere fata de bacteria Legionella.

Pentru siguranță, din punct de vedere sanitar se recomandă curățarea sistemelor de preparare a apei calde menajere, prin ridicarea temperaturii apei stocate la peste 60 °C pe o durata de timp determinată.

Legionella sp. este o bacterie gram negativă ce cuprinde specii care cauzează legioneloza sau boala legionarului (mai ales L. pneumophilia). Are o arie de răspândire largă cuprinzând 48 specii și 70 serogrupuri. În general, compoziția chimică a peretelui celular (aranjarea diferitelor oze) determină antigenitatea acestor organisme. Ea se transmite pe calea aerului, fiind inhalată cu ușurință. Se pare că o sursă importantă ar fi turnurile de răcire si instalațiile de aer condiționat. Se dezvoltă și supraviețuiește în mediu acvatic sau umed, în sisteme de climatizare și de preparare a apei calde menajere. La temperatura de 20oC această bacterie supraviețuiește în stare latentă; între 20 oC și 50oC – se dezvoltă; între 55 oC și 60oC – se distruge în circa 30 minute, iar peste 60oC – se asigură dezinfecție totală.

Sistemul solar trebuie sa fie funcțional pe toată durata anului astfel:

În sezonul cald – pentru prepararea apei calde menajere;

În sezonul rece pentru a aduce un aport la preîncalzirea apei reci din boiler.

În acest scop am ales un boiler bivalent cu doua serpentine.

3.3 Alegerea sistemului termic solar pentru prepararea apei calde menajere

Optimizarea costurilor de investiție si exploatare reprezinta opțiunea de baza pentru alegerea sistemului termic solar pentru prepararea apei calde menajere. Din acest motiv am optat pentru soluția de valorificare a energiei termice solare pe toata durata anului.

Echipamentele și componentele ce se constituie în pachetul instalației termice solare sunt realizate în prezent în module integrate, utilizând tehnologii moderne precum și materiale de înaltă calitate și puritate.

Referitor la un anumit tip de aplicație, aproape toți producătorii respectă aceeași structură schematică de realizare a sistemelor termice solare. Ca urmare alegerea soluției și a pachetului se va realiza în funcție de necesitatea obținerii parametrilor funcționali ai aplicației precum și de oferta de preț.

În acest scop am analizat trei oferte:

Instalatie solara ESTEC

Instalație solară TopLine 7.6 mp, pentru prepararea apei calde menajere, cu panouri solare

VR14CPC

TopLine 400 sunt instalații solare de mare randament, ideale pentru o familie alcatuită din 6 persoane

Componentele instalației solare:

3 panouri solare cu tuburi vidate VR14 CPC, fiecare dotat cu 14 tuburi și oglinzi parabolice CPC, în spatele tuburilor, de mare eficiență, cu o suprafață de 2,57 mp fiecare, dimensiuni optime pentru orice aplicație termică

sistem de prindere pe acoperiș din țiglă sau tablă

posibilitatea de achiziționare a unui sistem de prindere cu ajustare 20 de grade

la cerere, se oferă sistem de prindere la 45 de grade pentru terase, aer liber etc

materiale inoxidabile, din aluminiu și oțel

set de conectare panouri solare, rezistent la ultraviolete și păsări

regulator solar VISION II, display generos, cu diverse funcții

grup pompare FV70, în carcasă elegantă, cu aerisitor, manometru, termometru cu flowmeter și unitate de siguranță incluse, tub flexibil

vas de expansiune solar 35 litri

vas de expansiune solar 5 litri, de preîntâmpinare

lichid termorezistent, pe bază de glicol, 20 kg

boiler bivalent de 400 litri, prevăzut cu mufă pentru rezistență electrică Valoarea totală a ofertei cu TVA inclus este de 3320 €

2. Instalatie solara SUN’S SOLUTION

Instalație solară de 5 mp, pentru prepararea apei calde menajere, cu panouri solare cu tuburi vidate

Componentele instalației solare:

• 1 Panou cu 30 tuburi vidate heat pipe – SP58-1800-30A  (S = 4,92 m² – tuburi vidate heat pipe)

• 1 Automatizare STECA 301 + 2 senzori PT 1000

• 1 Pompa TACOSOL FV 70 ZR – statie solara 1,5-6 l/min

• 1 Vas de expansiune de 18 litri + suport de montaj

• 1 Set racord flexibil pt. vas de expansiune pompa (L=125 cm inc. robinet)

• 1 Set aerisitor automat rezistent pina la + 200°C

• 10 Litri agent termic de incalzire (antigel -28°C + 280°C)

• 1  Boiler emailat bivalent  de 400 litri Austria Email

Valoarea totală a ofertei cu TVA inclus este de 2700 €

3. Instalatie solara PROFI SOLAR

Valoarea totală a ofertei cu TVA inclus este de 2400 €

Din punct de vedere tehnic toate cele trei oferte utilizează aceeași structură schematică a sistemului solar, toate utilizează panouri cu tuburi vidate, soluțiile constructive sunt relativ similare, fapt pentru care am ales oferta cu cel mai mic preț, respectiv sistemul solar PROFI SOLAR.

Acesta asigură încălzirea a 400 litri de apă de la t0 = 10oC (temperatura apei reci) până la tacm = 45oC (temperatura apei calde menajere de consum).

Calculul energetic

● Cantitatea de energie termică solară (Qn) necesară încălzirii volumului de 400 l apă este dată de relația:

(1)

ma = masa apei în kg corespunzătoare unui volum de 400 l (ma = 400 kg);

ca = căldura specifică a apei (ca = 4,173·103 J/kg·oC);

Δt = diferența de temperatură în oC (Δt = 35oC).

Qn = 58,42 MJ

● Suprafața calculată ca necesară a colectorului solar este:

(2)

ηcol = randamentul colectorului PROFI SOLAR (ηcol = 0,87 %);

G med = radiația globală pe planul colectorului ca medie în perioada martie-octombrie;

G med = 16,6 MJ/m2·zi.

● Suprafața efectiv utilizată a colectorului solar din ofertă este de 5,8 m2, situație favorabilă deoarece are rezerve pentru a compensa pierderile de energie termică atât din lungul circuitului primar, cât și din schimbătorul de căldură S1. Deci suprafața colectorului solar care face obiectul studiului va fi: Scol = 5,8 m2.

Precizări de natură teoretică:

Transferul de căldură din circuitul solar în boiler se realizează prin serpentina S1 care se constituie în schimbător de căldură cu încălzire cu lichid. Circuitul sistemului solar împreună cu schimbătorul S1 formează un sistem închis, în care circulația este realizată de lichidul de încălzire.

Procesul poate avea loc atât ca circulație naturală, cât și ca circulație forțată (cu pompă în circuitul solar, care mărește considerabil productivitatea schimbului). Sarcina termică a schimbătorului de căldură se determină din ecuația bilanțului termic[22]:

unde: [W] reprezintă debitul de căldură din circuitul solar;

G1, G2 [kg/h] reprezintă debitele masice ale lichidelor;

c1, c2 [J/kg·oC] reprezintă căldurile specifice ale lichidelor

Procesul de transfer de căldură datorat unei diferențe de temperatură are loc prin conducție și radiație prin suprafața serpentinei S1 conform ecuației:

[W]

unde: k este coeficientul global de schimb de căldură [W/m2·oC]

Pentru simplificarea evaluării nivelelor de temperatură înregistrate în apa stocată în boiler utilizăm:

relația cantității de căldură:

unde: Qa [J] reprezintă cantitatea de căldură (energie termică) primită de apa din boiler în timpul schimbului, care este egală cu variația energiei interne.

expresia randamentului schimbătorului:

[22]

unde: Qd [J] reprezintă cantitatea de căldură absorbită prin colectorul solar care încălzește agentul termic din circuitul solar.

Cantitatea de căldură Qd:

(3)

MJ

Cantitatea de căldură :

(4)

MJ

Din relația cantității de căldură determinăm temperatura apei stocate în boiler tsb:

(5)

oC

Această temperatură reprezintă valoarea medie a temperaturii apei stocate în boiler pe durata sezonului cald.

Pentru a determina temperaturile medii lunare pe durata fiecărei luni din sezonul cald, din relațiile (3) și (4) calculăm cantitatea de căldură preluată de apa din boiler:

Valoarea lui Qa se introduce în relația (5) care devine:

A. Iunie

B. Mai – iulie

C. Aprilie – august

D. Martie – septembrie

E. Februarie – octombrie

F. Ianuarie – noiembrie

G. Decembrie [21]

pentru luna martie: G III = 11,49 MJ/m2·zi

oC

pentru luna aprilie: G IV = 15,4 MJ/m2·zi

oC

pentru luna mai: G V = 17,67 MJ/m2·zi

oC

pentru luna iunie: G VI = 19,83 MJ/m2·zi

oC

pentru luna iulie: G VII = 19,37 MJ/m2·zi

oC

pentru luna august: G VIII = 18,94 MJ/m2·zi

oC

pentru luna septembrie: G IX = 17,09 MJ/m2·zi

oC

pentru luna octombrie: G X = 13,02 MJ/m2·zi

oC

Nivelul temperaturilor din perioada aprilie-septembrie, de peste 56oC, va asigura sterilizarea apei stocate in boiler față de bacteria Legionella.

Temperatura apei calde menajere de 45oC se va asigura prin vana automată de amestec ce este plasată la ieșirea din boiler. Valorile calculate pentru temperatura apei din boiler explică faptul pentru care firma MEGASUN prezintă ca fiind caracteristice boilerului temperatura apei reci = 10oC, temperatura apei din boiler = 60oC și temperatura apei calde menajere preparată prin vana de amestec = 45oC. Boilerul este calculat astfel ca prin serpentina circuitului solar să fie vehiculat agent termic cu temperaturi cuprinse între 55oC și 80oC.

3.4 Izolația termică

Izolația necorespunzătoare a țevilor poate avea un effect notabil asupra performanței sistemului cu energie solară.

Pentru a reduce pierderile de căldură, țevile trebuie să fie cât mai scurte cu putință.

Ca regulă generală, nu se vor folosi mai mult de 3 până la 5 metri liniari pe m2 de suprafață captator solar.

Grosimea izolației termice a țevilor depinde de caracteristicile termice. Rezistența termică a materialului de izolare trebuie să fie echivalentă cu cea a materialului la o conductivitate termică de λ = 0,04 W /m2. °C, pentru care grosimea, fără acoperire, este indicată în tabelul de mai jos.

Tabelul 3.7 Diametrul conductei [21]

Materialele de izolare protejate corespunzător contra uzurii exterioare trebuie să asigure izolația termică a circuitului primar:

􀂃 Pentru utilizarea la interior, acoperirea de protecție trebuie consolidată cu o căptușeală din metal sau plastic;

􀂃 Pentru utilizarea la exterior, izolația trebuie protejată împotriva intemperiilor și etanșată la apă cu o acoperire corespunzătoare (benzi de bitum și materiale de izolare rezistente la apă, de exemplu). [21]

3.5 Structura schematică a sistemului PROFI SOLAR

Sistemul termic solar pe care l-am ales este in principal alcătuit, in principal, din urmatoarele elemente:

Fig. 3.1 Legenda sistemului termic solar [21]

Schema sistemului termic solar alcătuit din componentele si echipamentele pachetului PROFI SOLAR este prezentat in figura 3.2.

Fig. 3.2 Schema sistemului termic solar PROFI SOLAR [21]

3.6 Date privind dimensionarea circuitului solar

Debitul necesar al pompei de circulație forțată P1 variază între 40 și 80 l/h pentru fiecare metru pătrat de panou solar instalat[20]. Se alege un debit mediu de 60 l/h astfel că debitul pompei care vehiculează agentul termic prin colectorul panoului cu tuburi vidate este:

m3/s

Deci: DP1 = 96,67·10-6 m3/s.

Țeava colectoare a panoului solar are diametrul = 28 mm, la fel și serpentina S1 din boiler precum și conductele de legătură dintre colectorul solar și serpentina din boiler.

Deci: d = 28·10-.

Secțiunea de curgere prin conductele circuitului solar este:

m2.

Deci secțiunea conductelor este: A = 615·10-

Volumul de antigel utilizat pentru umplerea întregului circuit solar conform ofertei PROFI SOLAR este de 10 litri. Deci volumul agentului termic este V = 10·10-.

Lungimea conductelor care formează circuitul solar este:

m.

Deci: l = 16,26 m.

Rezultă că lungimea conductelor între colector și boiler este 16,26/2 = 8,13 m.

Viteza de deplasare a agentului termic prin conductele circuitului solar este:

m/s.

Același rezultat se obține și dacă calculăm numărul Reynolds, ținând cont de vâscozitatea cinematică a agentului termic, respectiv ν = 2,3·10-6 m2/s

Deoarece Re < 2300 rezultă că în circuitul solar curgerea agentului termic este laminară.

Viteza de deplasare a agentului termic prin conductele circuitului solar este:

m/s

Deci viteza de deplasare a agentului termic este v = 0,16 m/s.

Timpul de recirculare a celor 10 litri de antigel rezultă din relația:

min.

Puterea hidraulică a pompei este dată de relația:

ρ = densitatea agentului termic [kg/m3];

g = accelerația gravitațională (g = 9,81 m/s2);

DP1 = debitul pompei de circulație forțată;

H = înălțimea hidraulică sau înălțimea de pompare egală cu lucrul mecanic util în N·m sau în mm coloană de apă, raportat la forța de greutate a lichidului transportat pe care pompa îl transmite lichidului. Această mărime este proporțională cu pătratul vitezei de rotație a turbinei și este independentă de densitatea lichidului transportat.

Dacă se consideră H = , puterea hidraulică a pompei are valoarea de:

W.

Puterea absorbită de motorul electric al pompei este:

W.

Pompa din circuitul solar pentru prepararea apei calde menajere este de tip WILO și are o putere nominală de 28 W.

3.7 Estimare tehnico-economică

În faza de studiu preliminar, evaluarea tehnico-economică trebuie făcută ținând cont de GSR (Guaranteed Solar Results/ Rezultate Garantate prin Folosirea Energiei Solare).

Studiul trebuie să cuprindă:

􀂃 O estimare a costurilor de construcție pentru instalarea sistemului cu un obiectiv de costuri global,

􀂃 O estimare a costurilor de exploatare anuală, costurile de întreținere a echipamentelor și costurile de monitorizare (tele-monitorizare, tele-supraveghere…),

􀂃 Ipoteze pentru costurile de referință referitoare la energii convenționale (alimentare cu energie de înlocuire sau alimentare cu energie de rezervă),

􀂃 Furnizareade energie anuală prevăzută,

􀂃 Impactul cu mediul ambiant (C02 evitat)

􀂃 Durata globală de amortizare

􀂃 Costurile globale de sistem pe durata de funcționare, transformate în valoare curentă.[21]

Investiția

Investiția cuprinde toate costurile ce implică proiectarea de sistem, furnizarea componentelor și instalarea acestora și costul aferent școlarizării personalului pentru administrarea și întreținerea sistemului.

Costuri de exploatare

Costurile de exploatare sunt deseori greu de estimat deoarece ele depind în principal de performanța sistemului și de felul în care se folosește efectiv apa caldă (necesități, tipul și durata de utilizare…).

Costurile de exploatare se calculează pornind de la costul energiei folosite de sistemul de rezervă și de echipamentele auxiliare (pompe, preîncălzitoare…). Ele includ și costurile de întreținere și tele-monitorizare precum și costul cu personalul de administrare a sistemului.

În anumite cazuri, costurile de administrare a sistemului pot include costul anual al împrumutului bancar necesar finanțării investiției.

În care:

􀂃 Opco : costuri de administrare sistem exprimate în Euro

􀂃 M : indică lunile luate în considerare

􀂃 Enco : costuri lunare cu energia exprimate în Euro

􀂃 Adopco : costrui adiționale exprimate în Euro

Costuri de întreținere

Costurile de întreținere includ toate costurile legate de întreținere, reparații sau înlocuire a tuturor sau a unei părți de echipamente dintr-un sistem de furnizare a apei calde care funcționează cu energie solară.

Durata globală de amortizare

Durata globală de amortizare este perioada de timp la sfârșitul căreia totalul economiilor financiare datorate înlocuirii energiei convenționale cu energia solară este egală cu investiția.

Perioada este în general numărul de ani necesari pentru satisfacerea următoarei ecuații:

În care:

􀂃 Sav i : economii în administrarea și întreținerea sistemului pentru anul i, în Euro

􀂃 i : indicația anului luat în considerare

􀂃 Invco : valoarea investiției exprimată în Euro

Durata globală de amortizare este un criteriu deseori folosit de finanțatori în prima analiză, pentru aprecierea unui sistem cu energie solară.

Costul global transformat în valoare curentă

Analiza diverselor soluții în termeni de cost global asigură o estimare a tuturor costurilor

inițiale cu investiția și cu administrarea sistemului: funcționare, întreținere, rambursări ale împrumutului și costuri bancare, la un orizont economic dat pentru o perioadă de timp dată.

Se folosește în general pentru afectarea unui buget unei operații sau pentru aprecierea interesului economic al diverselor soluții.

Costul global transformat în valoare curentă (Coût Global Actualisé CGA) se poate formula în mai multe feluri diferite; am ales formula următoare:

unde:

􀂃 CI : Costuri de investiție

􀂃 CE : Costuri de administrare sistem

􀂃 τa : Rata anuală de conversie în valoare curentă

􀂃 nH : Perioada pentru care s-a stabilit actualizarea costului global [21]

CAPITOLUL IV

Administrarea și întreținerea sistemului

4.1 Umplerea

Înainte de umplerea unei instalații și cu excepția cazului unor reguli speciale de instalare,

circuitul primar trebuie limpezit de mai multe ori.

Când se instalează captatoarele, trebuie evitat contactul acestora cu lichidele care ar putea

deteriora protecția rezistentă la apă sau materialele de acoperire. Procedura de umplere trebuie protejată de grupul de siguranță printr-o setare de limitare a presiunii care este mai mică decât presiunea maximă de operare, marcată pe placa de identificare a captatorului.

Sistemul trebuie să conțină un dispozitiv de deconectare prevăzut pentru umplerea cu lichid de transfer căldură. Acest dispozitiv de umplere trebuie să asigure că lichidul de transfer căldură sau apa de limpezire din circuitul primar nu revine în alimentarea cu apă potabilă. Un contor de apă amplasat în amonte față de punctul de umplere măsoară atât frecvența cât și importanța adaosurilor la circuitul primar. Fiecare operație de umplere a circuitului primar trebuie notată în registrul din camera cazanului (Articolul 16.7 de la Reglementări sanitare) [21]

4.2 Punerea în funcțiune

Etanșeitatea la apă a sistemului trebuie verificată în timpul procesului de punere în funcțiune. Testul de etanșeitate la apă trebuie realizat la presiunea normală de funcționare. În timpul primei creșteri de temperatură, creșterea presiunii și starea de funcționare a protecției și dispozitivelor de siguranță trebuie supravegheate.

Toate componentele trebuie verificate dacă nu au fost cumva deteriorate, dacă nu se mișcă în suporții lor și dacă dilatarea are loc fără emiterea de sunete sau fără deformări anormale. Comenzile dispozitivului de reglare trebuie setate în conformitate cu indicațiile fabricanților. Dacă există un mijloc de control al debitului, acesta trebuie setat între 40 și 80 kg/h pe m2 de suprafață de captator, dacă nu există indicații specifice în raportul studiului. [21]

4.3 Întreținerea periodică

Fiecare sistem trebuie acoperit de un contract de întreținere tip P2 pentru instalația de apă

caldă cu energie solară care este exclusiv solară, și legat de o clauză din contractul pentru rezultate Garantate prin Folosirea Energiei Solare. El trebuie să intre în vigoare la data dării în exploatare.

4.3.1 Periodicitatea și conținutul intervențiilor de întreținere

Persoana care răspunde de întreținere poate interveni oricând consideră necesar. Totuși trebuie realizată o inspecție generală a instalației trimestrial care să fie înregistrată în registrul de întreținere care trebuie păstrat în cutia de comenzi electrice din incinta tehnică.

Se vor face următoarele verificări în timpul fiecăreia din aceste inspecții:

a) în incintele tehnice:

􀂃 Verificarea presiunii din circuitul primar pe manometrul instalat în apropierea rezervorului de echilibrare, (presiunea normală >2 bari când este rece),

􀂃 Funcționarea supapei cu robinet de siguranță din circuitul primar (mișcare rapidă pentru deblocarea supapei, pentru a evita opierdere de presiune din circuit),

􀂃 Inversarea pompelor duble din circuitul primar (P1/P2) și din circuitul secundar (P3/P4) cu golirea finală a pompei.

􀂃 Măsurarea diferenței de presiune din circuitul primar,

􀂃 Măsurarea debitului din circuitul primar folosind debitmetrul și un ceas,

􀂃 Citiri temperatură schimbător de căldură (intrarea și ieșirea pentrucircuitele primar și secundar), și temperature rezervor de stocare,

􀂃 Controlul purjelor automate de aer,

􀂃 Funcționarea tuturor vanelor fără excepții cu revenirea la starea inițială,

􀂃 Operarea vanelor de 7 bari de la intrarea pentru fiecare stocare,

􀂃 Verificarea stării de funcționare a contoarelor de apă (rotația la curgere),

􀂃 Absența generală a pierderilor, buna stare de funcționare a tuturor componentelor și mai ales, absența sunetelor anormale (zgomot de pompă).

b) Referitor la captatoare:

􀂃 Controlul general al captatoarelor și mai ales starea de curățenie a lustrului și a filtrelor.

􀂃 Controlul purjelor automate de aer,

􀂃 Controlul temperaturii de ieșire pentru fiecare rețea de captatoare în timpul unei perioade însorite, folosind un termometru de contact sau prin simpla atingere,

􀂃 Verificarea poziției corecte a supapelor de comandă și mișcarea acestora cu un sfert ¼ de tură. [21]

4.3.2 Justificarea inspecțiilor și a intervențiilor de întreținere

Următoarele puncte trebuie notate în registru, după fiecare vizită trimestrială:

􀂃 Numele membrului din personalul de întreținere,

􀂃 Data, ora, timpul, vremea (însorit, noros, întunecat),

􀂃 Presiune circuit primar,

􀂃 Starea pompelor din circuitele primar și secundar,

􀂃 Locul pompelor în funcțiune (primar și secundar).

4.4 Impactul asupra mediului ambiant

Temperatura medie a pământului este rezultatul echilibrului între radiațiile solare de intrare și fluxul de radiații infraroșii emise în spațiu.

Temperaturile de la nivelul solului depind de cantitatea gazelor cu efect de seră (GES) prezente în atmosferă. Fără ele, temperatura medie ar fi de -18 °C iar pământul ar fi nelocuibil. Prezența acestor gaze menține temperatura la 15 °C.

Gazele responsabile pentru efectul de seră sunt dioxidul de carbon (CO2), metanul (CH4), oxidul de azot (NO2), ozonuldin troposferă (O3), gazele sintetice CFC și HCFC care atacă stratul de ozon precum și înlocuitorii CFC: HFC, PFC și SF6.

Gazele cu efect de seră nu abundă în mod natural. Totuși concentrația acestor gaze în atmosferă s-a schimbat semnificativ din cauza activității omului: concentrația de CO2, principalul GES (Gaz cu efect de seră), a ajuns la 30% față de era preindustrială.

În prezent, efectul combinat al tuturor GES echivalează cu o creștere a CO2 de față de era

pre-industrială. Conversia sistemelor existente la utilizarea energiei solare face posibilă reducerea emisiilor de dioxid de carbon (CO2) în atmosferă.

Cantitatea de CO2 evitat pentru fiecare kWh economisit, de la producție la utilizarea finală (după transformarea de către echipamentul de furnizare a apei calde menajere) în Franța

este indicată mai jos:

Tabelul 4.1 Cantitatea de CO2 evitat [21]

Pentru a vizualiza impactul pozitiv a unui încălzitor de apă cu energie solară, cantitatea de CO2 economisită poate fi comparată cu emisiile unei mașini de capacitate mică.

Un captator solar cu o suprafață de 1 m2 care înlocuiește un cazan cu păcură evită emisia a 350 kg de CO2 pe an, ceea ce echivalează cu CO2 emis de o mașină de capacitate mică pe o distanță de 2500 km. [21]

BIBLIOGRAFIE

1. http://www.termo.utcluj.ro/regenerabile/2_1.pdf

2. Crisrian Oprea – Radiatia Solara – Aspecte teoretice si practice

3. Prof . dr. Ing.Rusanescu Carmen – Otilia, Editura Cartea Studenteasca, Bucuresti, 2010,Tehnici de monitorizare a mediului

4. Oprea Cristian,2005,Radiatia solara,aspecte teoretice si practice

5. Tiscovski A., Diaconu D., 2004, Meteorologie si hirologie-Lucrari practice, Editura Universitara, Bucuresti.

6. Ciulache S., Ionac Nicoleta, 2007, Esential in meteorologie si climatologie, Editura Universitara, Bucuresti

7. Sterie Ciulache, Ionac Nicoleta, „Meteorologie si Climatologie”, Editura Universitara, Bucuresti;

8. Lector Dr. Elena Dumitrescu, 1973, „Curs de meteorologie-climatologie”,vol.I, Centrul de multiplicare al UniversitatiidinBucuresti;

9. Lector Univ. Dr. Marin Ion, 1986, “Masuratori si calcule in Meteorologie si Climatologie”,EdituraUniversitatiiBucuresti.

10. http://www.tehnicainstalatiilor.ro/articole/nr_14/nr14_art.asp?artnr=07

11. http://www.termo.utcluj.ro/regenerabile/2_5.pdf

12. Facilities Engineering Magazine, No. 5/2003

13. http://www.regenerabile-viessmann.ro/etc/medialib/regenerabile-vieesmann/manual_energii_regenerabile.Par.88774.File.File.tmp/1Consideratiiprivindradiatiasolara.pdf

14. Roger Guicherd,1975,Pyranometer for the measuring of solar radiation

15. De ce se modifică clima? – Dr. Dorin Jurcău

16. http://www.scribd.com/doc/60774489/2-Determinarea-Intensitatii-Fluxurilor-de-Radiatii-in-Atmosfera

17. http://www.roccas.ro/sisteme%20solare%20GENERALITATI.htm

18.http://www.construction21.eu/romania/articles/ro/potenialul-energetic-solar-al-romaniei.html

19. Centrul de Pregătire și Perfecționare Profesională în Domeniul Construcțiilor Timisoara – Tehnologia lucrărilor de instalații

20. Manual de instalare panouri solare – Firma MegaSun

21. Manual profesional pentru proiectarea sistemelor colective care utilizează energie

termică solară – Firma EAST – GSR

22. Răducanu P. – Termodinamică tehnică, Editura Bren, Bucuresti, 2010

BIBLIOGRAFIE

1. http://www.termo.utcluj.ro/regenerabile/2_1.pdf

2. Crisrian Oprea – Radiatia Solara – Aspecte teoretice si practice

3. Prof . dr. Ing.Rusanescu Carmen – Otilia, Editura Cartea Studenteasca, Bucuresti, 2010,Tehnici de monitorizare a mediului

4. Oprea Cristian,2005,Radiatia solara,aspecte teoretice si practice

5. Tiscovski A., Diaconu D., 2004, Meteorologie si hirologie-Lucrari practice, Editura Universitara, Bucuresti.

6. Ciulache S., Ionac Nicoleta, 2007, Esential in meteorologie si climatologie, Editura Universitara, Bucuresti

7. Sterie Ciulache, Ionac Nicoleta, „Meteorologie si Climatologie”, Editura Universitara, Bucuresti;

8. Lector Dr. Elena Dumitrescu, 1973, „Curs de meteorologie-climatologie”,vol.I, Centrul de multiplicare al UniversitatiidinBucuresti;

9. Lector Univ. Dr. Marin Ion, 1986, “Masuratori si calcule in Meteorologie si Climatologie”,EdituraUniversitatiiBucuresti.

10. http://www.tehnicainstalatiilor.ro/articole/nr_14/nr14_art.asp?artnr=07

11. http://www.termo.utcluj.ro/regenerabile/2_5.pdf

12. Facilities Engineering Magazine, No. 5/2003

13. http://www.regenerabile-viessmann.ro/etc/medialib/regenerabile-vieesmann/manual_energii_regenerabile.Par.88774.File.File.tmp/1Consideratiiprivindradiatiasolara.pdf

14. Roger Guicherd,1975,Pyranometer for the measuring of solar radiation

15. De ce se modifică clima? – Dr. Dorin Jurcău

16. http://www.scribd.com/doc/60774489/2-Determinarea-Intensitatii-Fluxurilor-de-Radiatii-in-Atmosfera

17. http://www.roccas.ro/sisteme%20solare%20GENERALITATI.htm

18.http://www.construction21.eu/romania/articles/ro/potenialul-energetic-solar-al-romaniei.html

19. Centrul de Pregătire și Perfecționare Profesională în Domeniul Construcțiilor Timisoara – Tehnologia lucrărilor de instalații

20. Manual de instalare panouri solare – Firma MegaSun

21. Manual profesional pentru proiectarea sistemelor colective care utilizează energie

termică solară – Firma EAST – GSR

22. Răducanu P. – Termodinamică tehnică, Editura Bren, Bucuresti, 2010