Proiectare Sisteme Solare. Aplicatii ale Sistemelor Ce Capteaza Energia Solara

CUPRINS

I. Introducere- Surse de energie regenerabila.

1.1. Condiții energetice actuale care impun utilzarea energiilor regenerabile

1.2. Demersuri pe plan mondial cu privire la folosirea energiei neconventionale

II. Energia solara – Dispozitive de captare a energiei solare

2.1. Ponderea producției de energie prin conversia energiei solare în România

2.2. Panouri solare

2.3. Celulele fotovoltaice

2.4. Panouri fotovoltaice

III. Proiectare sisteme solare.Aplicatii ale sistemelor ce capteaza energia solara

3.1. Orientarea si inclinarea modulelor

3.2. Stocarea energiei solare

3.3. Aplicatii ale sistemelor solare

3.4. Evolutia sistemelor PV in Romania.Prima fabrica de panouri

fotovoltaice din Romania

3.5. Sisteme solare – preturi, amortizarea investitiilor

IV. Analiza SWOT a sistemelor solare.Analiza riscuri

Observatii si Concluzii

Bibliografie

Introducere- Surse de energie regenerabila.

1.1. Condiții energetice actuale care impun utilzarea energiilor regenerabile

Unul din efectele dezvoltării tehnologice a întregii societăți umane, din ultimul secol, este creșterea tot mai pronunțată a consumurilor de energie, dar și dependența tot mai accentuată a omenirii, de consumul combustibililor fosili, în special produse petroliere, gaze naturale și cărbuni.

Analizând aceste estimări, se observă că timpul extrem de scurt, rămas până la epuizarea resurselor existente, cel puțin în cazul petrolului și a gazelor naturale, impune găsirea unor soluții rapide și eficiente de înlocuire a energiei care se va putea produce până atunci cu ajutorul acestor combustibili. Aceste soluții sunt cu atât mai necesare cu cât consumurile de energie ale economiei mondiale sunt în continuă creștere și nu se estimează o reducere a acestor consumuri în viitorul apropiat. Pentru rezolvarea acestei probleme, singura soluție previzibilă este reprezentată de utilizarea energiilor regenerabile.

O altă problemă majoră a producerii energiei din combustibili convenționali, este reprezentată de nivelul ridicat al emisiilor de CO2, datorate proceselor de producere a energiei. Aceste emisii contribuie la accentuarea efectului de seră și la accelerarea modificărilor climatice conexe acestui fenomen. În figura 4, este prezentat nivelul acestor emisii.

Nivelul emisiilor de CO2 în atmosferă

Este evident că modificările climatice din ultimii ani, caracetrizați printr-un nivel crescut al emisiilor de CO2, au produs mult mai multe pagube decât în perioadele caracterizate de un nivel mult mai redus al poluării.

Chiar daca nu demonstrează că emisiile de CO2 sunt responsabile de nivelul ridicat al pagubelor datorate modificărilor climatice, cele două grafice sugerează că este foarte posibil să existe o corelație între nivelul ridicat al emisiilor de CO2 și modificările climatice, cu impact negativ asupra mediului.

Una din cele mai eficiente soluții pentru reducerea nivelului emisiilor de CO2, îl reprezintă utilizarea energiilor regenerabile, caracterizate printr-un nivel extrem de redus al acestor emisii.

Tipuri de energii regenerabile

Cele mai utilizate forme de energie regenerabilă sunt prezentate în continuare:

Energia solara

Energia geotermala

Energia apei

Energia eoliana

Câteva dintre avantajele utilizării energiilor regenerabile sunt următoarele:

– Sunt ecologice;

– Nu generează emisii de CO2;

– Sunt disponibile în cantități teoretic nelimitate;

– Pot fi utilizate local;

– Reprezintă soluții pentru toate nevoile.

Primele utilizări ale energiei solare, prin captare sunt legate de antichitate. Este suficient să amintim că „efectul de seră”a fost descoperit și folosit de vechii egipteni, că Heron din Alexandria a construit un dispozitiv pentru pomparea apei care folosea că sursă primară energia solară și că celebra incendiere a flotei romane de către Arhimede din Syracuza a fost subiect de discuții și comentarii de-alungul timpului, întrucat se spune că a utilizat oglinzi pentru a reflecta razele Soarelui spre aceste corabii cu pânze.

Puterea furnizată de Soare depinde de felul activității Soarelui însuși,de latitudinea geografică,de altitudinea locului, de nebulozitate, de umiditatea atmosferică, de numărul orelor de insolație, de poluarea atmosferică ,într-un cuvânt, de un ansamblu de condiții geografice și meteorologice, care fie că nu pot fi schimbate, fie că scapă controlului nostru.În plus,energia solară este difuză si discontinuă (zi,noapte,vara,iarna) și extrem de capricioasă, așa că detractorii ei au destule argumente convingatoare pentru a combate utilizarea ei.

Aceste însușiri ale energiei solare, au facut ca omenirea, confruntată cu o criza

energetică serioasă, să se întoarcă la sursele primare, să reconsidere utilizările posibile posibile și rentabile ale energiei solare. Soarele este una dintre miliardele de stele, de mărime mijlocie, sursa de energie a tuturor ființelor vii de pe întregul Pământ. Omul utilizează într-o așa măsură combustibilul pe bază de materie fosiliazată (petrol și cărbune) încât rezervele se vor epuiza în a doua parte a secolului următor.

1.2. Demersuri pe plan mondial, cu privire la folosirea surselor de energie neconvenționale

Societatea Internațională de Energie Solară (ISES) cu 35.000 de membrii din peste o sută de țări, pledează pentru folosirea energiei solare încă din 1954. De-a lungul anilor, membrii acestei organizații au inventat tehnologii nucleare foarte eficiente pentru înlocuirea combustibililor.

ISES a inițializat așa-numitul program “Școlile solare – un viitor strălucit”. Programul încearcă să arate studenților importanța folosirii și descoperirii de noi metode prin care are loc înlocuirea resurselor convenționale cu cele neconvenționale. În astfel de școli sunt folosite acele sisteme solare nu numai pentru a reduce costurile de energie, ci și pentru a salva planeta.

Pentru asigurarea armoniei dintre climatul din interiorul clădirilor și mediul exterior s-a procedat la elaborarea unor acte normative valabile atât pe plan național, cât și internațional. S-au creat două mari categorii de acte comunitare ce conțin restricții, pentru punerea de acord a conceptelor statelor membre ale CEE și anume: regulamente comunitare (comune) și directive (norme) cu caracter național, cu posibilități de extindere și în țările cooperante.

Problema esențială în realizarea normelor și directivelor vizând armonizarea legăturii construcție–mediu o constituie obținerea unei cât mai mici poluări a mediului ambiant, care este mult mai scăzută decât în cazul folosirii energiilor primare, cât și natura materialelor pentru construcții și instalații. Aceste norme și reglementări, deși elaborate sunt într-o continuă îmbunătățire vizând, în principal, ca măsuri: economia de energie, reducerea poluanților sub normele admise, eliminarea pericolului de incendiu, securitatea în exploatare, etc.

Pe plan mondial, trebuie menționat că, din anii ’40, țările avansate au luat în studiu utilizarea surselor de energie regenerabilă pentru acoperirea necesităților gospodărești și chiar industriale. SUA se numără printre primele țări care au făcut studii privind utilizarea energiei solare pentru încălzire, climatizare și prepararea apei calde de consum, precum și a energiei

vântului pentru producerea de energie electrică. După anii ’70, toate țările industrializate au trecut la cercetări legate de utilizarea altor surse de energie în afara celor clasice. Referitor la noastră, este de arătat că, dintre sursele de energie regenerabile, energia solară ar putea fi studiată cu scopul producerii de energie termică pentru prepararea apei calde de consum în perioada caldă. La Câmpina, există, de exemplu, case solare.

De aceea, este deosebit de atractivã ideea utilizãrii energiei solare în scopul încãlzirii locuințelor și se pare cã acesta va fi unul dintre cele mai largi domenii de aplicație a energiei solare în urmãtorul secol. Tehnologia echipamentului pentru instalațiile solare de încãlzire a clãdirilor este deja destul de bine pusã la punct într-o serie de țãri ca Japonia, S.U.A., , , Rusia, , și .

Energia solară. Dispozitive de captare a energiei solare

Energia solară constă în radiații calorice, luminoase, radio sau de altă natură emise de soare.

Este practic inepuizabilă și reprezintă cea mai curată formă de energie de pe pământ; cantitățile uriașe disponibile stau la baza a aproape tuturor proceselor naturale de pe planetă. Energia totală capată de scoarța terestră este de 720 x 106 TWh/an, disponibilitatea acestei energii depinzând de cilclul zi/ noapte, de latitudinea zonei unde este captată, anotimpuri, nebulozitate.

a) Energia solară termică presupune producerea de apă caldă menajeră și agent pentru

încălzire. Producerea energiei electrice prin conversia energiei solare termice prezintă randamente sub 15%. Apele de suprafață ale oceanelor în zonele tropicale, natural încălzite de soare reprezintă un imens rezervor de energie. Proiectele de “extracție a acestei energii termice a mărilor” au la bază acționarea unor instalații termotehnice, care generează lucru mecanic ca urmare a diferenței de temperatură dintre cele două straturi de apă (de suprafață 25 – 30 ° C și de adâncime ).

b) Energia solară fotovoltaică se bazează pe producerea directă de electricitate prin intermediul celulelor de siliciu. Soarele furnizează în medie o putere de 1kW/m2 . Panourile fotovoltaice permit convesia doar a 10 – 15% din această putere, producția de energie electrică a unui panou de suprafață unitară variind cu creșterea sau scăderea intensității solare: 100kW/m2 și an în Europa de Nord iar în zona mediteraneană este mult mai mare.

Intensitatea energiei solare în orice punct de pe Pământ depinde într-un mod complicat, dar previzibil, de ziua anului, de oră, de latitudinea punctului. Chiar mai mult, cantitatea de energie solară care poate fi absorbită depinde de orientarea obiectului ce o absoarbe.

Captarea directă a energiei solare presupune mijloace artificiale, numite colectori solari, care sunt proiectați să capteze energia, uneori prin focalizarea directă a razelor solare. Energia, odată captată, este folosită în procese termice, fotoelectrice sau fotovoltaice. În procesele termice, energia solară este folosită pentru a încălzi un gaz sau un lichid, care apoi este înmagazinat sau distribuit. În procesele fotovoltaice, energia solară este transformată direct în energie electrică, fără a folosi dispozitive mecanice intermediare. În procesele fotoelectrice, sunt folosite oglinzile sau lentilele care captează razele solare într-un receptor, unde căldura solară este transferată într-un fluid care pune în funcțiune un sistem de conversie a energiei electrice convenționale.

Energia solară fotovoltaică se bazează pe producerea directă de electricitate prin intermediul celulelor cu siliciu. Atunci când strălucește și atunci când condițiile climatice sunt favorabile, soarele furnizează o putere de 1 KW/mp. Panourile fotovoltaice permit convertirea directă în electricitate a 10 – 15% din această putere. Producția de energie a unui astfel de panou variază odată cu creșterea sau scăderea intensității solare: 100 kWh/mp/an în Europa de Nord, iar în zona mediteraneană este de două ori mai mare. Un acoperiș fotovoltaic de 5×4 metri are o putere de 3kW și produce 2 – 6 MWh/an.

Principalele obstacole în utilizarea pe scară largă a energiei solare fotovoltaice (și termice) le reprezintă, pe de o parte disponibilul de putere furnizată, care constrânge la stocarea electricității pentru o funcționare autonomă sau la utilizarea de soluții energetice complementa unde căldura solară este transferată într-un fluid care pune în funcțiune un sistem de conversie a energiei electrice convenționale.

Energia solară fotovoltaică se bazează pe producerea directă de electricitate prin intermediul celulelor cu siliciu. Atunci când strălucește și atunci când condițiile climatice sunt favorabile, soarele furnizează o putere de 1 KW/mp. Panourile fotovoltaice permit convertirea directă în electricitate a 10 – 15% din această putere. Producția de energie a unui astfel de panou variază odată cu creșterea sau scăderea intensității solare: 100 kWh/mp/an în Europa de Nord, iar în zona mediteraneană este de două ori mai mare. Un acoperiș fotovoltaic de 5×4 metri are o putere de 3kW și produce 2 – 6 MWh/an.

Principalele obstacole în utilizarea pe scară largă a energiei solare fotovoltaice (și termice) le reprezintă, pe de o parte disponibilul de putere furnizată, care constrânge la stocarea electricității pentru o funcționare autonomă sau la utilizarea de soluții energetice complementare, iar pe de altă parte competitivitatea economică.

2.1. Ponderea producției de energie prin conversia energiei solare în România

Energia solară are o pondere redusă în producția de energie a României, putându-se spune că în prezent ea este reprezentată la nivel experimental. Potrivit datelor furnizate de Agenția Română pentru Conservarea Energiei (ARCE) este indicată pentru anul 2010 o pondere a energiei solare estimate la 7500 tep (tone echivalent petrol), iar pentru 2015 la 17000 tep, din care solar termic 7340 tep , respectiv 16000 tep și solar electric 160 tep, respectiv 1000 tep.

Potențialul energetic al României, care rezultă din cantitatea de energie solară, este evaluat la 1000 kW/m2 și an, distribuția geografică a cestui potențial este realizată pe 5 zone, din care zona zero cu potențial de peste 1250 kW/m2 și an, iar zona 4 cu potențial sub 950 kW/m2 și an. Radiația solară cu valori mai mari de 1200 kW/m2 și an se înregistrază pe o suprafață mai mare de 50% din sprafața totală a țării.

Utilizarea potențialului energetic solar se realizeză prin sisteme solare termice pentru căldură și apă caldă menajeră pentru locuințele individuale sau instalații centralizate de mică anvergură. Pentru a fi utilizate cu eficiență ridicată, aceste sisteme trebuie să funcționeze în “regim hibrid” cu alte sisteme termice convenționale sau neconvenționale. Potențialul utilizabil în sistemele solare ternice este apreciat la 1,434 milioane tep.

În România s-au realizat sisteme fotovoltaice cu puteri variate și în regimuri de funcționare diferențiate, pe fondul derulării unor programe de cercetare – dezvoltare demonstrative. Astfel, au fost realizate sisteme autonome pentru alimentarea unor consumatori izolați, stații de radio – telecomunicații, instalații de pompare a apei, iluminat public sau semnalizare trafic și obiective înscrise în programele de dezvoltare rurală. De asemenea au fost realizate sisteme conectate la rețeaua electrică publică ( stații pilot fotovoltaice cu panouri mobile, sisteme integrate în imobile etc)

Sistemele solar fotovoltaice își găsesc utilitatea în aplicații din zone geografice izolate sau cu posibilități limitate de acces la rețeau electrică. În aplicațiile fotovoltaice s-au delimitat mai multe tipuri de proiecte de genul: sisteme fotovoltaice autonome pentru electrificarea rurală, cu aplicații în munții Apuseni sau alte zone izolate ( Nordul Moldovei, Delta Dunării ) și sisteme fotovoltaice conectate la sistemele de transport sau distribuție a energiei electrice existente.

Proiectele demonstrative pentru producerea de energie termică din surse solare se realizează cu sisteme solar termale cu performanțe superioare, având posibilitatea de funcționare în paralel cu sistemele clasice de încălzire.

2.2. Panourile solare

Fluidul colector care trece prin canalele panoului solar are temperatura crescută datorită transferului de căldură. Energia transferată fluidului purtător este numită eficiență colectoare instantanee. Panourile solare au în general una sau mai multe straturi transparente pentru a minimaliza pierderile de căldură și pentru a putea obține o eficiență cât mai mare. În general, sunt capabile să încălzească lichidul colector până la 82C cu un randament cuprins între 40 și 80%.

Aceste panouri solare au fost folosite eficient pentru încălzirea apei și a locuințelor, înlocuind acoperișurile. În emisfera nordică, ele sunt orientate spre sud, în timp ce în emisfera sudică sunt orientate spre nord. Unghiul optim la care sunt montate panourile depinde de latitudinea la care se găsește instalația respectivă. În general, pentru dispozitivele folosite tot anul, panourile sunt înclinate la un unghi egal cu latitudinea la care se adună sau se scad 15 și sunt orientate spre sud respectiv nord.

În plus, panourile solare folosite la încălzirea apei sau a locuințelor prezintă pompe, senzori de temperatură, controllere automate care activează pompele și dispozitivul de stocare a energiei. Aerul sau chiar un lichid pot fi utilizate ca fluide în sistemul de încălzire solară și un acumulator sau un rezervor cu apă, bine izolate, sunt folosite de obicei ca medii de stocare a căldurii.

2.2.1. Fabricarea panoului solar

Fabricarea începe întotdeauna de pe partea activă expusă la soare. La început se pregătește și se curăță un geam de mărime corespunzătoare. Pe acesta se așează un strat de folie de etilen vinil acetat, EVA adaptat profilului celulelor solare utilizate. Celulele solare vor fi legate cu ajutorul benzilor de cositor în grupe (șiruri – strings) care mai apoi se așează pe folia de EVA după care se face conectarea grupelor între ele și racordarea la priza de legătură prin lipire. În final totul se acoperă cu o folie EVA și peste aceasta o folie tedlar.

Pasul următor constă în laminarea panoului în vacuum la . În urma laminării din folia EVA plastifiată, prin polimerizare, se va obține un strat de material plastic ce nu se va mai topi și în care celulele solare sunt bine incastrate și lipite strâns de geam și folia de tedlar. După procesul de laminare, marginile se vor debavura și se va fixa priza de conectare în care se vor monta diodele de bypass. Totul se prevede cu o ramă metalică, se măsoară caracteristicile și se sortează după parametrii electrici după care se împachetează.

2.2.2. Verificarea calității panourilor solare

La verificarea calității trebuie specificate urmatoarele:

Calitatea.ea este principala caracteristică a panourilor solare prezentate: cât mai multă energie solară captată într-un timp cât mai scurt pe un spatiu cât mai mic de panoul solar, randament mare cu costuri reduse.

De asemenea este foarte importantă calitatea în privința materialelor folosite în procesul de fabricare .Încapsularea durabilă a elementelor componente are o importanță foarte mare deoarece umiditatatea ce ar putea pătrunde ar afecta durata de viață a panoului solar prin coroziune și prin scurtcircuitarea legăturilor dintre elementele prin care trece curent electric

Pentru a îndeplini condițiile impuse de producerea de energie electrică, celulele solare se vor asambla în panouri solare utilizând diverse materiale, ceea ce va asigura:

protecție transparentă împotriva radiațiilor și intemperiilor

legături electrice robuste

protecția celulelor solare rigide de acțiuni mecanice

protecția celulelor solare și a legăturilor electrice de umiditate

asigurare unei răciri corespunzătoare a celulelor solare

proteția împotriva atingerii a elementelor componente conducătoare de electricitate

posibilitatea manipulării și montării ușoare .

Avantaje si dezavantaje folosirii panourilor solare pentru obtinerea

energiei electrice si a caldurii

2.3. Celule fotovoltaice

Celulele fotovoltaice reprezintă o soluție tentantă pentru alimentarea cu energie electrică a unor amplasamente izolate. În acest sens, principalele măsuri ce trebuie luate constau în coborârea costului celulelor fotovoltaice la prețuri acceptabile pe piața energetică. Celulele solare făcute din cristale de silicon, arsenicat de galiu și alte materiale semiconductoare, transformă direct radiația solară în electricitate. Prin conectarea unui număr mare de celule fotovoltaice, costul electricității fotovoltaice a fost redus la 30 de cenți/KWh, adică de două ori mai mare decât rata pe care orașele mari din Statele Unite o plăteau pentru electricitate în 1989.

2.3.1. Principiu de funcționare al celulelor fotovoltaice

O celulă fotovoltaică de silicon e compusă din o foiță de un strat foarte subțire de silicon de tip N, deasupra unui strat gros de silicon de tip P. Un câmp electric este creeat deasupra suprafeței de sus a acelei celule unde cele două materiale intră în contact, numită jucția P-N. Când razele solare ajung la suprafața unei celule fotovoltaice, câmpul electric produce momentul și direcția la electronii stimulați de lumină, rezultând fluxul de current, celulele solare fiind conectate la un încărcator electric.

Indiferent de mărime, o bucată de celulă fotovoltaică de silicon produce în jur de 0.5 – 0.6 volti în conformitate cu un circuit deschis, fără condiții de încărcare. Curentul (și puterea ) de ieșire a unei celule fotovoltaice depinde de eficiența și mărimea suprafeței, și este proporțională cu intensitatea soarelui care ajunge la suprafața celulei. De exemplu, în condițiile în care lumina solară este foarte puternică, o celulă fotovoltaică comercială cu o suprafață de 160 va produce în jur de 2 wați, la putere maximă. Dacă intensitatea razelor solare au fost la 40% din putere, acea celulă va produce în jur de 0.8 wați.

2.3.2. Fabricarea celulelor fotovoltaice

Procesul de fabricare convențional singular și policristalin al celulelor de silicon fotovoltaic începe foarte cu aplicarea semiconductorului în polisilicon – un material produs din quarț și folosit mult în industria electronică. Polisiliconul este pe urmă încălzit până la temperatura de topire , și sunt adăugate în polisiliconul topic bucăți mici de bor pentru a creea un material semiconductor de tip P. Pe urmă blocuri de silicon sunt formate, de obicei folosind una din cele doua metode:

1) Formând un bloc pur de silicon cristalizat din semințe de cristal făcute din polisiliconul topit;

2) Turnând polisiliconul topit într-un cazan, formând un material de silicon policristalin.
Bucăti individuale de wafere sunt feliate din blocurile de silicon folosind un fierăstrău de sârmă și pe urmă sunt supuse gravurării suprafeței. După ce waferele sunt curățate, ele sunt așezate într-un cuptor de difuzie de fosfor, creând un strat subțire de semiconductor de tip N în jurul întregii suprafețe exterioare a celulei. Pe urmă, un înveliș antireflexiv este aplicat deasupra suprafeței celulei, și contactele electrice sunt imprimate deasupra suprafeței celulei (negativ). Un material conductor de aluminiu este așezat dedesubtul suprafeței fiecărei celule (pozitiv), reatribuindui proprietățile de tip P a părții de jos, deplasând stratul difuz de fosfor. Fiecare celula este pe urmă verificată electric, sortata după curentul electric de ieșire, și electric conectate la celelalte celule pentru a creea circuite de celule pentru asamblare în module fotovoltaice.

În ceea ce priveste randamentul celulelor fotovoltaice convenționale, acestea transformă între 5 si 15% din energia solară primită în energie electrică. Unele celule experimentale, fabricate din materiale foarte scumpe, au o eficiență aproape dublă dar numai in anumite condiții de laborator. Incapsularea durabilă a elementelor componente are o importanță foarte mare deoarece umiditatatea ce ar putea pătrunde ar afecta durata de viață a panoului solar prin coroziune și prin scurtcircuitarea legăturilor dintre elementele prin care trece curent electric.

Amortizarea energetică este momentul în care energia consumată pentru fabricarea celulei fotovoltaice este egalată de cea produsă în timpul exploatării. Cel mai bine se prezintă din acest punct de vedere celulele cu strat subțire. Un panou solar (fără cadru) cu astfel de celule se amortizează în 2-3 ani, Celulele policristaline necesită până la amortizare cca 3-5 ani, pe când cele monocristaline 4-6 ani. Deoarece un sistem cu panouri solare include și suporții de montare, invertor etc. durata de amortizare energetică se mărește cu cca 1 an.

2.3.3. Caracteristicile celulelor fotovoltaice

Tensiunea de mers în gol UOC (auch VOC)

Curentul de scurtcircuit ISC

Tensiunea în punctul optim de funcționare UMPP (auch VMPP)

Curentul în punctual de putere mazimă IMPP

Puterea maximă estimatăPMPP

Factor de umplere

Coeficient de modificare a puterii cu temperatura celulei

Randamentul celulei solare la o suprafață iluminată A și intensitate luminoasă Popt

Celulele solare deci pot ceda o putere de 160 W/ m². Incluse în module puterea pe suprafață va fi mai scăzută pentru că între celule și marginea modulului este o distanță.

Randamentul este raportul dintre puterea debitată de panou și putere conținută în lumina incidentă totală. Semiconductoare cu zona interzisă stabilă utilizează doar o parte a luminii solare. Randamentul teoretic maxim ce poate fi atins în acest caz este de 33 %, pe când randamentul theoretic maxim la sistemele cu mai multe benzi interzise care reacționează la toate lungimile de undă a luminii solare este de 85 %.

Randamentul celulelor solare comerciale este de cca 20 %, iar modulele construite cu acestea ating un randament de cca 17 %. Recordul pentru celulele fabricate în condiții de laborator este de 24,7 % (University of New South Wales, Australia), din care s-au confecționat panouri cu un randament de 22 %. Prețul acestor module fabricate prin procedeul de topire zonală este de cca 200 Euro pe celulă la o suprafață a celulei de 21,6 cm2, corespunzând unui cost de 5-10 Euro/W. Sistemele GaAs au costuri de 5 până la 10 ori mai mari.

Îmbătrânirea conduce la scăderea randamentului cu cca 10 % în 25 ani. Fabricanții dau garanții pe cel puțin 80 % din puterea maximă în 20 ani.

În spațiu constanta solară este mai mare decât iluminarea globală pe pămînt, totodată celulele solare îmbătrânesc mai repede. Panourile pentru sateliți ating momentan (2005) un randament de 25 % la o durată de viață de 15 ani.

Avantajele si dezavantajele folosirii celulelor fotovoltaice pentru obtinerea

energiei electrice

2.4. Panoul fotovoltaic

Un panou fotovoltaic spre deosebire de un Panou solar termic transformă energia luminoasă din razele solare direct în energie electrică. Componentele principale ale panoului fotovoltaic sunt celulele fotovoltaice.

Panou fotovoltaic

Pentru utilizarea energiei solare ca sursă de energie electrică, potențialul exploatabil este ridicat, iar conversia energiei solare în energie electrică se realizează cu instalații fotovoltaice care cuprind module solare, în configurații și de dimensiuni diferite.

Un sistem clasic fotovoltaic insular este alcatuit din urmatoarele componente:

-panouri fotovoltaice,

-regulatorul de incarcare al bateriilor,

-grupul de baterii de 12, 24 sau 48 V DC

-invertor, ce tranforma curentul continuu DC in curent alternativ AC

Costul investiției pentru realizarea sistemelor fotovoltaice a avut o evolutie favorabil în ultimele decenii, costul unui modul solar s-a diminuat treptat, ajungandu-se în prezent la un nivel de aproape 6 $/Winstalat . Un panou fotovoltaic de 1 kW poate produce 800 kW de curent electric într-un an, contribuind astfel la protejarea mediului înconjurator de de dioxid de carbon si alte elemente daunatoare.

Cantitatea energiei solare accesibile se schimbă în decursul zilei din cauza mișcării relative a Soarelui și depinde de gradul înnourării cerului. La miezul zilei pe un timp frumos, iluminarea energetică, formată de soare, poate ajunge la 1000 Wt/mp sau poate fi mai mică de 100 Wt/mp în condiții cu nivel înalt de acoperire a cerului cu nori. Cantitatea energiei solare se schimbă odată cu unghiul de înclinare a instalației și orientării suprafeței ei, scăzând pe măsura îndepărtării de direcția sudului.

România dispune de o cantitate de energie solară mult mai mare decât alte țări dezvoltate precum Gemania, Austria, Belgia , Olanda, ceea ce face ca utilizarea oricărui panou solar, pentru producerea curentului electric, în locatii unde nu există acces la reteaua națională de energie, să devină nu numai interesantă, ci și necesară. Panourile solare se utilizează separat sau legate în baterii pentru alimentarea consumatorilor independenți sau pentru generarea de curent electric ce se livrează în rețeaua publică.

2.4.1. Caracteristicile unui sistem fotovolatic

a. Modularitate

Un sistem fotovoltaic poate fi proiectat pentru o ușoarã expandare. Dacã cererea de putere ar creste, singurul obstacol care poate interveni în expandarea sistemului fotovoltaic este lipsa spațiului necesar amplasãrii modulelor suplimentare; ne referim desigur la lipsa unui spațiu iluminat de soare.

b. Autonomie

Nu necesitã un consum suplimentar și cheltuieli de întreținere. Alimentarea cu combustibil conventional și depozitarea lui poate costa mai mult decât combustibilul însusi. Energia solarã este oferitã gratis. Deoarece tendinta actualã este orientatã spre optimizarea din punct de vedere energetic, pentru asigurarea funcționalitãtii în conditii de maximã eficientã, s-au dezvoltat aplicatii în care sistemele fotovoltaice sunt dotate cu sisteme inteligente pentru controlul functionãrii, dotãri care asigurã personalizarea acestor aplicatii.

c. Durabilitate

Marea majoritate a modulelor fotovoltaice de astãzi sunt bazate pe tehnologii care au dovedit o degradare minima dupã 20 de ani de functionare, ele fiind garantate 30 de ani. Sistemele fotovoltaice produc energie electricã ziua, dar energia electricã livratã ziua costã mai mult. În România, deja se practicã tarifare diferentiatã zi-noapte deci, sistemul fotovoltaic produce energie electricã gratis sau aproape gratis în timpul zilei, când energia electricã este mai scumpã, iar pe timpul noptii când sistemul fotovoltaic nu produce sau al orelor de vârf, necesarul de energie electricã este preluat din reteaua electricã de distributie localã. Un mare avantaj pe care-l prezintã sistemele fotovoltaice este acela cã se pot integra în cladiri, pot înlocui subansamble, materiale de constructie sau chiar întregi pãrti componente ale clãdiri cum ar fi de exemplu acoperisul.
Modulele solare pot avea mai multe întrebuintari; astfel, ele pot înlocui suprafețele mai scumpe ale cladirilor și pot oferi în plus alte avantaje. De exemplu, în fațade, ele pot înlocui ușor oglinzile sau geamurile colorate, asigurã umbrã și, în acelasi timp, pot genera electricitate. În interiorul acestor module de geam dublu, spațiul dintre celulele solare opace este transparent.

Reciclare

Cu toate că durata de viață a panourilor solare este de 20-40 ani, în prezent se acumulează deja deșeuri de ordinul a sutelor de tone annual (2004). Pe plan mondial singura instalație pilot de reciclare a celulelor solar de siliciu cristalin se află în Freiberg-Germania. Aici la o temperatură de se ard materialele sintetice incluse în panouri, rezultând sticlă, metal, material de umplere și celulele solare. Aceste celule pot fi reutilizate după prelucrare cu pierderi minime de material.

Panouri fotovoltaice functioneaza pe lumina, asta este diferenta intre un panou fotovoltaic si unul solar. Chiar daca afara este inorat, el tot produce curent electric, dar nu la acelasi randament ca intr-o zi cu soare.
Un sistem de panouri fotovoltaice pentru energie electrica, trebuie sa aiba neaparat unul sau mai multi acumulatori. Energia produsa pe timp de zi, ce nu este consumata este stocata in acesti acumulatori pentru consumul de noapte.

2.4.2. Utilizarea panourilor fotovoltaice

Conversia fotovoltaica. Principiul de functionare

Panourile fotovoltaice sunt folosite pentru producerea de energie electrica in domenii diverse, incepand de la centrale solare si terminand cu dispozitive complexe, cum ar fi satelitii.

Cel mai adesea sunt insa intalnite in producerea de energie pentru locuintele individuale. Ele se monteaza pe acoperisurile caselor sau pe niste stand-uri separate si asigura o parte din necesarul habitatului. De cele mai mutle ori ele sunt parte a unui sistem complex, ce contine baterii, o turbina eoliana dar si un generator de urgenta (diesel, pe gaz sau pur si simplu reteaua de electricitate). Acesta din urma este obligatoriu pentru a asigura alimentarea cu energie a locuintei 100% din timp, sistemele alternative fiind dependente de prea multi factori externi.

III. Proiectare sisteme solare. Aplicatii ale sistemelor solare

3.1. Dimensionarea unei instalatii fotoelectrice- factori

a. Evaluarea necesitatilor

Este important de subliniat ca primordiala este economia de energie la nivelul consumatorilor. Aceasta implica un pret de achizitie mai mare, dar costul global va fi mai mic, deoarece va rezulta necesitatea unei instalatii mai mici.

b. Orientarea și înclinarea modulelor

Randamentul modulelor fotoelectrice este influențat direct de poziția acestora față de radiația solară. Este foarte important să fie bine plasate pentru a beneficia la maxim de posibilitățile lor.

Dacă este posibil de ales, este foarte simplu de determinat orientarea ideală a modulelor fotoelectrice: se plasează pe direcția Ecuatorului. Dacă site-ul este în emisfera nordică, panoul va fi orientat către Sud, iar în emisfera sudică, către Nord.

În ceea ce privește înclinarea, aceasta se determină mai special. Să considerăm mai întâi o aplicație autonomă, care consumă energie cvasi-constant pe toată durata anului. Pe durata iernii trebuie optimizată producția, fiind perioada mai puțin însorită. Panourile trebuie să recupereze energia Soarelui, a cărui înălțime este mică. În Europa, pentru o utilizare pe toată durata anului, înclinarea ideală este aproximativ egală cu latitudinea amplasamentului + 10°. Aceasta înseamnă că în România, vom avea un amplasament numit "55° Sud" (orientare Sud, înclinare 55°). Dacă aplicația nu funcționează decât vara, se preferă o înclinare de 20 – 30°, cu aceeași orientare.

În cazul în care panourile sunt instalate pe acoperișul locuinței, nu totdeauna este posibilă orientarea către Sud, datorită amplasamentului casei. În acest caz, trebuie știut că trebuie excluse orientările către Nord, Nord-Est, Nord-Vest, care sunt foarte defavorabile. Din contră, pentru un site a cărui amplasament ideal este de exemplu "30° Sud", nu vom pierde decât cel mult 15% din producția anuală, dacă panourile sunt orientate către Est, Vest, Sud-Est sau Sud-Vest, iar înclinarea panourilor nu depășește 30° față de orizontală.

Transformarea, sau conversia energiei solare în energie termică, este realizată în captatori solari, având funcționarea bazată pe diverse principii constructive. Indiferent de tipul captatorilor solari, pentru ca randamentul conversiei energiei solare în energie termică să fie ridicat, este important ca orientarea captatorilor spre Soare, să fie cât mai corectă.

Poziția captatorilor solari este definită prin două unghiuri și anume, unghiul de înclinare față de orizontală, prezentat în figura 3.1. a) și notat cu α, respectiv unghiul azimutului, reprezentând orientarea față de direcția sudului, prezentat în figura 3.1. b).

Fig ) Unghiul de înclinare a captatorilor solari față de orizontală

www.viessmann.com

Fig 3.1. b) Unghiul azimutului (orientarea față de direcția Sud)

www.viessmann.com

Diagrama de mai jos prezintă într-un mod sintetic, influența combinată a celor doi parametrii care definesc orientarea captatorilor solari, asupra gradului de captare a energiei solare disponibile.

A fost trasată pentru Germania, dar concluziile care se pot obține cu ajutorul acesteia pot fi extrapolate pentru majoritatea țărilor din Europa, inclusiv pentru România.

Influența combinată a unghiului de înclinare și a unghiului azimutului,

asupra gradului de captare a energiei solare disponibile www.viessmann.com

c. Date meteorologice

O suprafață expusă , primește, la un moment dat, un flux de energie din radiația solară ce se exprimă în W/m² (putere pe unitate de suprafață). Acest flux depinde de ora zilei, de trecerea norilor. La finalul unei zile, acest flux a produs o anumită cantitate de energie zilnică, ce este proporțională cu integrala radiației solare, fiind exprimată în Wh/m² pe zi, fiind deci produsul dintre radiație și timp. Cum radiația solară instantanee este variabilă, energia zilnică se obține calculând integrala curbei radiației în funcție de timp.

Datorită stațiilor meteorologice, se dispune de multe date statistice. Acestea sunt date globale zilnice, care servesc la dimensionarea sistemelor fotoelectrice. Pentru o expunere fără umbre, se poate realiza o dimensionare destul de precisă, utilizând doar 12 valori ale radiației solare, câte una pentru fiecare lună a anului.

Pentru o dimensionare mai rapidă, se poate utiliza valoarea cea mai mică pe durata de funcționare a aplicației. În România, de exemplu, pentru o utilizare anuală, se poate utiliza valoarea lunii decembrie, care este, în general, cea mai mică. Din contră, pentru o utilizare estivală, de exemplu între mai și septembrie, se va utiliza valoarea lunii mai.

d. Umbrirea

Umbrirea este o caracteristică foarte dificil de determinat, neexistând nici metode simple, nici măcar grosiere pentru estimarea ei. Umbrire este determinată fie de umbra unei clădiri (simplu de determinat), dar și de trecerea norilor (aleatoare).

Pe plan internațional s-au făcut și se fac studii și cercetări prin care se urmărește realizarea unei armonii între construcție și mediul ambiant și, de asemenea, se urmărește realizarea unor construcții ecologice. Se pot da ca exemple în acest sens Programul casei verzi, în Marea Britanie; Locuința în armonie cu mediul sau Ecocity, în Japonia; Planul verde, în Canada; Ecologia și construcția, în Franța. Sectorul de construcții – și în special cel de locuințe – este un mare consumator de energie, din care două treimi sunt folosite pentru încălzire, ventilare, climatizare și apă caldă de consum și o treime este folosită pentru iluminat, răcire, aparate casnice, etc.

3.2. Stocarea energiei solare

Datoritã mișcãrii Pamântului și datoritã unor factori meteorologici, energia solarã la nivelul scoarței terestre este o sursã energeticã dependentã de timp. în general, necesitãțile de energie pentru cele mai multe domenii de aplicații sunt de asemenea dependente de timp, însã într-o manierã diferitã fațã de modul în care are loc furnizarea energiei solare. În consecințã, dacã se urmãrește ca anumite necesitãți de energie sã fie asigurate folosind energia solarã, este necesar ca instalațiile solare respective sã fie prevãzute cu elemente corespunzãtoare de stocare (acumulare) a energiei.

Problema stocãrii energiei trebuie analizatã privind instalația termo-energeticã ca un sistem compus din urmãtoarele elemente principale:

captatorul de energie solarã,

unitatea de stocare a energiei,

aparatura de conversie a energiei,

instalația consumatoare de energie,

consumatorii auxiliari de energie,

sistemul de automatizare si control

Sistem termo-energetic pentru stocarea energiei

Caracteristicile și randamentul fiecãruia dintre aceste elemente sunt legate de cele ale celorlalte elemente componente din instalație. Astfel, deoarece randamentul captatoarelor solare depinde de temperaturã, aceasta atrage dupã sine faptul cã randamentul întregului sistem va fi dependent de temperaturã. De exemplu, într-o instalație termoenergeticã solarã, dacã se folosește un sistem de stocare a energiei termice care este caracterizat printr-o cãdere mare de temperaturã între intrarea și ieșirea fluidului purtãtor de cãldurã, aceasta va conduce la necesitatea unei temperaturi ridicate în captator și deci la un randament scãzut al captatorului; de asemenea, va conduce la o temperaturã scazutã a sursei calde a mașinii termice și în consecințã la un randament scãzut al acesteia.

Orice sistem de stocare trebuie sã aibã o anumitã capacitate de stocare a energiei solare. Capacitatea optimã de stocare a energiei solare dintr-o anumitã instalație depinde de mai mulți factori ca:

disponibilitatea în timp a radiației solare în locul respectiv;

natura sarcinii energetice a instalației;

modul în care este furnizatã eventuala energie auxiliarã;

anumite criterii economice care determinã ponderea din sarcina totalã anualã care trebuie acoperitã cu energie solarã, și implicit ponderea sursei de energie auxiliarã.

Stocarea energiei solare se poate face în diverse moduri, de exemplu sub formã de:

caldurã sensibilã a unui mediu solid sau lichid;

caldurã latentã de schimbare de faza a unor sisteme chimice;

energie chimicã a produselor rezultate dintr-o reacție chimicã reversibilã.

Dacã energia solarã este transformatã în energie mecanicã, aceasta poate fi transformatã în energie potențialã, și stocatã sub formã de energie potențialã a unui fluid (de exemplu, prin pomparea apei din aval în amontele unui baraj de acumulare).

Alegerea modului de stocare a energiei solare depinde de natura procesului care se urmãrește în instalația solarã. De exemplu, pentru încãlzirea apei este practicã folosirea stocãrii energiei solare prin caldura sensibilã a apei. Dacã se folosesc captatoare solare cu încãlzirea aerului se poate utiliza pentru stocarea energiei solare cãldura sensibilã a unui pat de pietre în schimbãtoare de cãldurã de tip regenerativ. Dacã în instalația solarã se folosesc celule fotovoltaice sau fotochimice, cea mai indicatã formã de stocare a energiei este, în acest caz, energia chimicã.

Proiectantul unei instalații termoenergetice solare are la dispozitie diverse alternative în ceea ce privește locul de plasare a unitãții de stocare a energiei în ansamblul instalației. Spre exemplu în figura urmãtoare se considerã o instalație în care o masinã termicã transformã energia solarã în energie electricã. în acest caz energia se poate stoca fie sub formã de energie termicã, într-o unitate plasatã între captatorul solar și masina termicã, fie sub formã de energie mecanicã într-o unitate de stocare plasatã între masina termicã și generatorul electric, sau, în fine, sub formã de energie chimicã în baterii de acumulatoare electrice plasate între generatorul electric și consumatorul de energie electricã.

Cele trei alternative de plasare a unitații de stocare a energiei nu sunt echivalente în ceea ce privește:

capacitatea de stocare necesarã,

costul instalației

efectele soluției adoptate asupra proiectãrii instalației în ansamblu și asupra performanțelor acesteia.

De exemplu, capacitatea necesarã a unitãții de stocare a energiei plasate în poziția B este mai micã decât cea necesa in poziția A într-un raport aproximativ egal cu randamentul convertizorului de energie. Astfel, capacitatea sistemului de stocare plasat în B trebuie sã fie de 15% din capacitatea lui A dacã procesul de conversie a energiei se desfãșoarã cu un randament de 15%. Stocarea energiei termice în poziția A prezintã avantajul cã, convertizorul de energie poate fi proiectat pentru o funcționare aproape continuã, conducând la un randament al conversiei mai bun și la un factor de folosire a convertizorului mai ridicat, ceea ce conduce la scãderea capacitãții convertizorului prin eliminarea necesitãții de funcționare a acestuia în regim de vârf de sarcinã, corespunzator energiei solare incidente. Alegerea plasãrii unitãții de stocare între A și B poate avea efecte foarte diferite asupra temperaturii de lucru a captatorului, asupra dimensiunilor captatorului și, în final, asupra costului instalației. În instalațiile hibride aceste argumente pot fi substanțial modificate,în funcție de cantitatea de energie auxiliarã folositã.

3.3. Aplicatii ale sistemelor solare

Alimentarea cu energie solara a unei locuinte este costisitoare. In ciuda beneficiilor pe termen lung, nu toti dintre noi putem plati in numerar pentru investitia initiala. Din fericire, deoarece soarele este o sursa de energie, mintile inovatoare au gasit multe modalitati de a valorifica razele soarelui. Iata o lista cu top 5 lucruri privind alte forme de valorificare a energiei solare care s-ar putea potrivi mai bine cu bugetul dvs. si cu nevoile pe care le aveti.

a. Boilerul solar

Boilerele solare vin intr-o varietate de tipuri si modele, ceea ce inseamna ca sunt o optiune practica pentru toti cei care adora un dus fierbinte. Cum functioneaza? Majoritatea folosesc caldura de la soare pentru a incalzi apa, ceea ce inseamna ca acestea consuma mult mai putina energie electrica. Beneficiile acestei tehnologii: pret, randament si marime. Puteti modifica un boiler deja existent intr-un boiler ce foloseste energia solara pentru o suma destul de mica. Calculele arata ca facturile care le plateati pentru incalzirea apei vor scadea cu 50-80% dupa instalare. Va veti recupera investitia mult mai repede decat cu alt sistem solar.

b. Luminatoare si tuburi solare

Pentru majoritatea locuintelor instalarea unui luminator poate fi costisitoare. Luati in considerare un tub solar – un tub reflectorizant care directioneaza lumina in interiorul spatiilor fara ferestre. Tuburile solare ofera lumina naturala fara a consuma energie electrica, sunt ieftine si nu ocupa loc mai mult decat orice alt corp de iluminat.

c. Incarcatoare solare pentru baterii

Panouri solare portabile care iti incarca telefonul, ipod-ul sau laptop-ul. Acestea se regasesc sub forma de saculeti sau rucsaci si sunt perfecti pentru excursii in aer liber, mai ales in caz de urgente. Aceste este un item mai scump, insa cu totii stim frustrarea pe care o avem cand ne moare bateria.

d. Luminatoare solare de gradina

Acestea sunt probabil cele mai cunoscute si accesibile produse solare de pe piata. Cu totii am vazut luminile mici din unele gradini care parca ies din pamant. Pe langa acestea mai exista si lanterne portabile pentru camping sau urgente. La scara larga, unele orase au investit in felinare solare. Daca doriti sa iluminati ceva si nu aveti energie electrica, solutia perfecta o reprezinta energia solara.

Perdele solare

Oricat de mult am iubi soarele, uneori avem nevoie de o pauza la umbra. “Energia solara pasiva” este o modalitate fantezista de a spune “soare cald, umbra rece”. Puneti in functiune acest principiu in casa dvs. controland cand si unde lasati soarele sa intre. Daca lasati soarele sa intre pe durata iernii, va tine de cald. Daca vara il lasati sa intre mai putin, va usura munca aparatului de aer conditionat, in special in zilele toride. Punerea energiei solare in avantajul vostru poate reduce facturile de energie electrica.

Puteti vedea din aceste lucruri faptul ca nu este neaparat nevoie sa cumparati panouri solare imense pentru a putea beneficia de energia soarelui. Unele tehnici, cum ar fi energia solara pasiva, nu necesita nici un ban. “Solar” inseamna mult mai mult decat plachete de siliciu sau gadget-uri de lux – este orice aplicatie care pune la munca soarele. Multe din aceste aplicatii va pot ajuta sa economisiti bani si sa incurajati o tehnologie energetica puternica si practica.

Există o varietate de aplicații ce utilizează energia electrică produsă de către celulele solare pornind de la aparate de uz comun și ajungând până la tehnica spațială care este mult mai costisitoare.

Ceas de mână

Ceasurile produse de firma japoneză Citizen sunt dotate cu o celulă solară inclusă în cadran care încarcă un acumulator cu litiu având o independență de 150-240 zile și care după o funcționare de 20 ani prezintă o scădere de capacitate de maximum 20%.

Aparat de taxare în parcări

Aparatele automate de taxare în parcări aparțin sitemelor cu alimentare autonomă care pe lângă un modul cu celule solare mai este înzestrat și cu un acumlator pentru a se asigura alimentarea continuă cu energie electrică

Automobile solare

Automobilele solare sunt construite utilizând rezultate din tehnica spațială, tehnologia de fabricație a bicicletelor, industria de automobile și tehnologia energiei reinnoibile. Cadrul este realizat din materiale composite ușoare (fibră de carbon, fibră de sticlă, Kevlar) asamblate prin lipire cu rășini sintetice (epoxidice) și este purtătorul a sute de celule solare legate între ele. Un astfel de ansamblu, într-o zi însorită, poate produce o putere de pînă la 2kW(2,6CP) Firma Venturi AstroLab în promis că va scote pe piață primul automobil comercial electro-solar hibrid în ianuarie 2008.

Trecerile de pietoni din Bucuresti au fost dotate cu sisteme solare de avertizare

In capitala, un numar de 25 de treceri de pietoni, au fost dotate cu primele sisteme solare de avertizare. Acestea constau in panouri luminoase, becuri si marcaje rutiere care se declanseaza, aprinzandu-se, imediat ce se pune piciorul pe trecerea de pietoni. Aceasta masura de amplasare a sistemelor solare de avertizare, in cadrul trecerilor de pietoni, s-a realizat datorita faptului ca au fost inregistrate un numar mare de accidente,  soldate cu decesul unui numar impresionant de bucuresteni.

Proiectul derulat de Administratia Strazilor Bucuresti, a fost aprobat, suma destinata acestuia fiind de 5.600.000 de euro.

3.4. Evolutia sistemelor PV in Romania.Prima fabrica de panouri fotovoltaice din Romania

1974 – Laborator Surse Noi de Energie – NESL Institutul de Cercetari pentru Industria

Electrotehnica – ICPE

1976 – 1980 – Prima generatie de celule: Si mono, si . Productie industriala

1982 – Module PV de 6.5-10 Wp – laminare PVB/ EVA

1982 – 1986 – Aplicatii pentru locuri izolate:

• pomparea apei

• protectie catodica

• telecomunicatii

• iluminat si semnalizari.

1984 – Demararea Programului PVT Producerea combinata de caldura si electricitate (ICPE)

1985 – Lentile Fresnel liniare si sferice .Celule solare GaAs

1986 – Concentratoare cilindro-parabolice celule solare din Si monocristalin. Utilizare industriala pentru producerea de energie termica.

1987 – Solar Home System (ICPE) 1kWp. Aplicatie autonoma 48/220V, 50Hz

1989 – Demararea Programului de Centrale Solare (ICPE):

•Centrala autonoma de 10kWp

•Centrala conectata la retea de 10kWp

1993 – Demararea programului de aplicatii autonome personalizate : UVT-DCEM.

1995 – Demararea Programului privind Integrarea în cladiri a sistemelor PV la Universitatea Valahia din Târgoviste.

1998 – Demararea programului de electrificare rurala: ICEMENERG, ICPE, UVT- DCEM “100 de Case alimentate din surse regenerabile”.

1999 – Amfiteatrul Solar din Targoviste: Prima BIPV aplicata in 10kWp connectata la retea . Prima (si înca singura) instalatie solara de 10kW integrata în mediul construit. Proiect INCOP din 1998. Functionala din mai 2001.

2002 – “Casa inteligenta si ecologica” la ICPE-NESL Baza de cercetare Agigea.

2004 – Demararea programului national de “Cercetare de excelenta”:

• celule solare în strat subtire /celule solare organice /noi materiale pentru celule solare avansate

• sisteme PV integrate în cladiri / sisteme complementare PV si solar termic

• sisteme conectate la retea / producere distribuita / sisteme hibride cu pile de combustie

• sfârsitul anului marcat rezultate deosebite.

PROGRAM BLOCAT ÎN IANUARIE 2009.

2005 – Centrala de 30kWp conectata la retea la Universitatea “Politehnica” Bucuresti – Proiect “PV enlargemen”

2007 – Centrala de 40kW, conectata la retea ICEMENERG-Bucuresti

2008 – Centrala de 10kWp conectata la retea la Universitatea “Transilvania” Brasov Colaborare cu ICPE Bucuresti & UVT-DCEM

2008 – Dezvoltare de Piata

• legea energiilor regenerabile

• programe si proiecte din fonduri nationale sau europene

• înfiintarea SunE.

2009 – Centrala de 22kWp conectata la retea. Electrica, statia Floresti. Girasolar

Satu Mare este primul județ din România în care funcționează oficial, începând din 2 iunie 2010 prima fabrică în care se produc panouri solare, o alternativă eco care utilizează ca sursă de energie energia solară, înlocuind astfel curentul. Investiția se ridică la 10 milioane de euro și va crea aproximativ 50 de locuri de muncă. La inaugurare au participat reprezentanții firmei, atât de la București – Andre Fraga, cât și de la Satu Mare – Andrei Dângă, colaboratori locali și regionali, autorități locale și județene, respectiv reprezentanții mass-media locală și regională. Cei prezenți au vizitat fabrica timp de 20 de minute, prezentându-li-se procesul tehnologic de realizare a panourilor solare. Reprezentanții firmei Renovatio Solar, care face parte dintr-o companie națională, spun că investiția de la Satu Mare se ridică la 10 milioane de euro, iar la ora actuală sunt angajați 17 muncitori dar până la finele anului vor fi 50. Investitorii au ales județul Satu Mare pentru această fabrică datorită proximității față de piețele de care sunt interesați ei și datorită forței de muncă specializată sau dispusă să se specializeze în domeniu. Autoritățile locale și județene spun că noua investiție este benefică pentru creșterea economiei, crearea de noi locuri de muncă și nu în ultimul rând este o mândrie pentru Satu Mare. “Această investiție duce la creșterea economiei județului, crearea de noi locuri de muncă și, în plus, este o mândrie pentru Satu Mare deoarece este prima fabrică din România.

Totodată prin aceste elemente produse și puse în funcțiune aici se protejează mediul înconjurător”, a declarat Csehi Arpad, președintele Consiliului Județean Satu Mare. Compania producătoare de panouri foto-voltaice are linie de producție destinată numai pentru export. Deocamdată, în fabrica de la Vetiș se testează prima producție de panouri care vor urma să ajungă pe piața de desfacere din Europa. Grupul internațional de companii din care face parte și fabrica de la Vetiș are activități în domeniul energiei regenerabile, atât eoliană cât și fotovoltaică. Compania are birouri locale în Polonia, Italia, Bulgaria, România și proiecte de dezvoltare în SUA, Bahamas și Malta.

3.5. Sisteme solare – preturi, amortizarea investitiilor

Pretul panourilor solare este in general ridicat. Insa sistemele ce le utilizeaza sunt foarte fiabile, astfel ca investitia initiala se va amortiza in timp. Scopul acestei pagini este de a va ajuta in a va face o idee generala asupra investitiilor intr-un astfel de sistem. In cazul in care veti dori sa va montati unul, vor fi necesare calcule mai amanuntite, preturile variind in functie de necesitati.

3.5.1. Sisteme solare de incalzire – preturi

Acestea contin in mare urmatoarele componente:

panouri solare

un rezervor pentru stocare apei calde

sisteme de racord, de prindere, tevi

optional: pompa, boiler electric, sistem de comanda, etc

Preturile incep de la 1500 – 2000 RON pentru sistemele foarte simple ce pot fi utilizate doar vara. Ele pot urca pana spre 3000 – 8000 de euro, pentru cele mai complexe, care pot fi utilizate pe tot parcursul anului. Preturile variaza insa in fuctie de componente, de numarul de panouri si de dimensiunea rezervorului de stocare.

Amortizarea investitiei

Panourile solare de acest tip au o perioada medie de amortizare a investitiei de 5-10 ani. Cu toate acestea, sunt foarte multi factori care influenteaza acest fapt, asadar o apreciere exacta nu se poate face decat pentru o serie de parametri fixi: pozitia geografica, clima locala, nivelul de utilizare, capacitatea etc. Tinand cont insa de faptul ca durata de viata garantata a acestor sisteme este de 20 de ani, investitia intr-un astfel de sistem poate fi una de viitor.

3.5.2. Sisteme de producere a energiei electrice – preturi

De cele mai multe ori, sistemele fotovoltaice sunt integrate cu sisteme eoliene sau cu sistemul electric general, pentru reducerea facturii la energie electrica. Functionarea unei locuinte doar cu ajutorul energiei solare este posibila, insa in practica ea nu este tot timpul posibila. De aceea existenta unui sistem de back-up este necesara, fie ca e vorba de un generator diesel sau reteaua de la Electrica.

Un sistem fotovoltaic simplu contine urmatoarele elemente:

panouri fotovoltaice

baterii pentru stocarea energiei + regulator de incarcare a bateriilor

invertor pentru trnasformarea curentului continuu din baterii in curent alternativ

Preturile pornesc de la 1000 – 2000 de euro (pentru sisteme de 150-200 W) si pot urca foarte mult, in functie de necesitatea energetica, de sistemele de back-up folosite, etc.

Amortizarea investitiei

In general, sistemele fotovoltaice moderne pot fi folosite pe tot parcursul anului si chiar si noaptea, cu un randament mai scazut insa. Durata de utilizare preconizata este de pana la 25 de ani, caz in care randamentul lor nu ar trebui sa scada sub 70% din cel initial.

In prezent recuperarea investitiilor facute intr-un sistem de panouri fotovoltaice se face in 8-10 ani. Daca ne uitam la preturile resurselor energetice obisnuite, producatoare de energie electrica, observam ca pretul acestora tot creste, iar pretul obtinerii energiei electrice prin energia solara, cu ajutorul panourilor fotovoltaice, devine tot mai mica.

Avand in vedere preturile crescatoare, poluarea si volumul limitat a resurselor energetice fosile, folosirea resurselor energetice regenerabile si a energiei solare prin panouri fotovoltaice, ne ofera solutii tot mai favorabile.

In numarul orelor insorite este in medie intre 1900-2200 ore/an. Energia solara din radiatiile solare, care ajunge pe suprafata pamantului este 1000-1300kWh/m² / an, ceea ce ne ofera posibilitati de exploatare excelente prin panouri fotovoltaice.

IV. Analiza SWOT a sistemelor ce capteaza energia solara

Analiza SWOT consta in elaborarea unei tehnici prin care se pot identifica punctele tari si aspectele slabe ale unei afaceri si examineaza oportunitatile si amenintarile unui proiect, aceasta analiza putand fi utilizata ca element in realizarea bilantului unei afaceri. Examinarea factorilor (produs ,întreprindere, angajat, etc) care determina succesul sau esecul a determinat cearea unor metodologii specifice de analiza si diagnosticare a activitatii afacerii. 'SWOT' este un acronim care provine din limba engleza de la initialele cuvintelor strenghts – puncte tari, weaknesses – puncte slabe, opportunities – oportunitati si threats – amenintari.

Analiza SWOT este folosita in managementul strategic si consta intr-un proces prin care o firma poate obtine efecte materializate in cresterea semnificativa a performantelor sale, in consolidarea pozitiei ei pe piata, prin elaborarea, implementarea si controlul strategiei firmei in vederea realizarii misiunii asumate si asigurarii avantajului competitiv.

Analiza SWOT este practic un inventar intern al organizatiei si o schema proiectata a riscurilor externe la care poate fi supusa o afacere. Aceasta centralizare ia in calcul atat factori pozitivi cat si negativi, oportunitati si amenintari pe piata de profil.

Etapele analizei S.W.O.T. sunt urmatoarele:

1. Enumerarea principalelor puncte tari si puncte slabe ale societatii, produdului, angajatului, etc.;
2. Enumerarea oportunitatilor (posibilitatilor) si amenintarilor (pericolelor) prezente si viitoare;
3. Identificarea aspectelor critice;
4. Definirea factorilor de success.

ANALIZA SWOT Sisteme de captare a energiei solare

Riscurile instalarii de sisteme solare

1. Panourile solare instalate acasa reprezinta un risc imens pentru un eventul incendiu. Cand va instalati sistemul, aveti de facut multe conexiuni. Creati una eronat si este posibil sa aveti parte mai tarziu de un scurt-circuit. Au fost mai multe cazuri de acest gen in ultimii ani, cele mai multe fiind cauzate de sisteme de o calitate inferioara insa.

2. Panourile solare ocupa foarte mult spatiu. Vreti un sistem care sa produca destula energie electrica si sa eliminati factura la curent electric? Va dati seama ca este posibil sa aveti nevoie de peste 1000 de metri patrati? Nu toate acoperisurile sunt potrivite pentru instalarea panourilor solare. Acoperisul poate sa nu fie perfect orientat spre Soare sau, daca este un acoperis mai vechi, poate sa nu treaca de inspectie.

3. Intregul sistem solar are nevoie de multi ani pentru a returna investitia. Ar putea sa ia peste 20 de ani pentru a va recupera banii. Ca multe alte energii regenerabile, energia solara inca nu a fost dezvoltata destul de mult pentru a fi pe cat de eficienta trebuie sa fie. Va fi extraordinara atunci cand va avansa, insa in prezent nu este destul de eficienta pentru cei care vor sa isi reduca costurile facturilor la energie electrica.

Sistemele solare, risc și beneficiu

De ce risc? Deoarece produsele foarte ieftine își pot pierde din randament chiar și după un an. Instalarea unui panou solar pentru încălzirea apei calde menajere este rentabilă mai ales dacă nu sunt gaze naturale în zonă.

„Sunt mulți care spun că investiția se recuperează în doitrei ani, dar mint. Gazul este ieftin acum și merită să îți montezi panou solar dacă ești într-o zonă fără gaze, cum e , de pildă”. Un sistem de 3.600 euro, de pildă, pentru încălzirea apei menajere (cu boiler de 300 litri și trei panouri cu 12 tuburi solare vidate) poate fi considerat amortizat după cinci ani, comparativ cu alimentarea electrică, sau în 15 ani, comparativ cu cea pe gaz.

Cât de repede ne recuperăm investiția depinde totuși de ce fel de tip de sistem solar alegem și cât de bine este dimensionat consumului real, pentru a nu funcționa cu pierdere. De aceea, se recomandă efectuarea de către firme specializate a unei simulări pe calculator.

De asemenea, trebuie să vă gândiți dacă vreți apă încălzită solar tot anul sau doar pentru perioada caldă (martie-septembrie). Panourile solare din a doua categorie sunt cele mai ieftine, dar trebuie golite înainte de primul îngheț si reumplute cu apă primăvara, inclusiv tuburile.

Dacă vă lăsați păcăliți de prețurile cele mai mici, ale produselor fabricate de regulă în , ați putea constata că după un an aveți probleme deja. „La panourile chinezești vidul din tuburi se pierde foarte ușor, astfel că nu mai reține căldura”, explică Domițian Covaci, marketing manager la Solariss.

De aceea, țineți cont de garanția sistemului, dar și a manoperei. Nefiind mulți instalatori specializați, puteți fi taxați serios. Pe de altă parte, un sistem solar care asigură și aport la încălzirea casei poate duce la economii în perioada de iarnă de 30-45%, mai ales dacă e asociat cu încălzirea prin pardoseală.

Intrebari frecvente cu privire la sistemele de captare a energiei solare:

Ce se intampla daca intr-o zi ploua sau este inorat?

Pe o parte trebuie sa fim constienti de zona climatica unde ne situam, evident nu avem aceeasi zona climatica in toata . Detinem 5 zone climatice ce se diferentiaza de radiatia solara asupra suprafetei orizontale. Odata amintit acest concept, la fel trebuie sa ne amintim ca panelele solare nu doar capteaza radiatia directa, capteaza si radiatia ravasita care o avem, nu doar in zilele de soare, dar si in zilele inorate. Logic cand nu este radiatie solara, captorul nu aduna suficienta radiatie. Din aceasta cauza intotdeauna trebuie sa compensam cu un sistem de ajutor pentru aceste zile unde energia soarelui nu ajunge la 100% din necesarul nostru.

Ce masuri de protectie sunt necesare pentru a evita supraincalzirea din instalatie?

Probleme care pot duce la supraincalzirea sistemului sunt simple si la fel de simplu de evitat. Se poate pune problema supraincalzirii in conditii de soare puternic ( si sistemele pot face insolatie ), consum redus, utilizare rara etc.

Solutia ideala pentru rezolvarea acestei probleme este montarea in circuitul hidraulic de la instalatie, o aeroterma, numita si risipitor de caldura. Cand senzori de temperatura detecteaza o temperatura superioara a celei de siguranta, o parte din acest lichid se pune in circulatie catre o alta instalatie integrata in panoul solar, acesta din urma are ca efect racirea instalatiei cu circulatie fortata, scotand caldura in exterior si prin aceasta metoda reducem temperatura apei.

Ce se intampla pe timp de iarna?

Dupa cum stim iarna se produce inghetul, este foarte important sa stim ca lichidul care circula prin instalatia noastra nu este acelasi cu cel pe care il folosim la consum, avem circuit primar si secundar. Circuitul primar este umplut cu un lichid antigel de uz alimentar, substanta propilen-glicol este cea care suporta temperaturile scazute de pana la -20ºC, acest lichid transfera caldura in apa care noi o consumam.

OBSERVATII SI CONCLUZII

Energia solară poate încălzi locuințele în mod pasiv, datorită construcției acestora (casele pasive) sau poate fi stocată în acumulatoare termice sub formă de energie termică. Căldura generată solar se poate folosi în principal la prepararea apei calde menajere, încălzirea agentului termic responsabil de temperatura ambiantă a casei și încălzirea piscinelor. Există chiar și instalații de aer condiționat bazate pe căldura solară, unde aceasta reprezintă energia principală necesară răcirii aerului.

Utilizarea energiei solare reprezintă la nivel global cea mai eficientă metodă de a aduce căldura în locuințe. în general, cantitatea de căldură solară ce cade asupra acoperișului unei case este mai mare decât energia totală consumată în casă.

Cu mijloace simple, eficiente constructiv, se poate utiliza energia solară pentru a reduce sau chiar pentru a înlocui total celelalte surse de energie necesare traiului dintr-o locuință modernă, în Europa, România se află în zona a doua de însorire, în România se pot defini 4 zone de însorire, de la un maxim de 1600 kWh/m2 în Dobrogea la 1250 kWh/m2 în nordul țării, anual.

Deși energia solară este reînnoibilă și ușor de produs, problema principală este că soarele nu oferă energie constantă în nici un loc de pe Pământ. În plus, datorită rotației Pământului în jurul axei sale, și deci a alternanței zi-noapte, lumina solară nu poate fi folosită la generarea electricității decât pentru un timp limitat în fiecare zi. O altă limitare a folosirii acestui tip de energie o reprezintă existența zilele noroase, când potențialul de captare al energiei solare scade sensibil datorită ecranării Soarelui, limitând aplicațiile acestei forme de energie reînnoibilă.

Nu există nici un dezavantaj deoarece instalațiile solare aduc beneficii din toate punctele de vedere.

Panourile solare produc energie electrică 9h/zi (calculul se face pe minim; iarna ziua are 9 ore) Ziua timp de 9 ore aceste panouri solare produc energie electrică și în același timp înmagazinează energie în baterii pentru a fi folosită noaptea.

Instalațiile solare sunt de 2 tipuri: termice și fotovoltaice. Cele fotovoltaice produc energie electrică gratis. Cele termice ajută la economisirea gazului în proporție de 75% pe an. O casă care are la dispoziție ambele instalații solare (cu panouri fotovoltaice și termice în vid) este considerată "FARA FACTURI" deoarece energia acumulată ziua în baterii este trimisă în rețea).

In ciuda pretului si a dependentei de factorii externi, panourile solare sunt o solutie pentru viitor. Acest lucru este dovedit si de cresterea de aproape 50% inregistrata in numarul de astfel de sisteme folosite pe glob, in fiecare an din 2002 incoace. Procentul utilizarii energiei solare este in continuare minuscul, estimand ca va ajunge la 0,40% in 2010. Insa pe viitor, odata cu dezvoltarea tehnologiei si micsorarea costurilor initiale, panourile fotovoltaice vor deveni cu siguranta din ce in ce mai utilizate.

In final, lucrurile sunt destul de simple. Carbunele se va termina, la fel si gazul si petrolul. In aceste conditii, ce va face omenirea? Nu este cazul sa luam atitudine? Ba da. Iar instalarea unui sistem de energie ecologic este un prim pas. Da, poate investitia initiala va fi mare, insa nu uita celebrul proverb: suntem prea saraci ca sa ne permitem lucruri ieftine.

La baza producerii energiei electrice sta celula fotovoltaica. Pe scurt, in contact cu razele soarelui, aceasta produce energie electrica. Pentru a intra in detaliu, ne-ar fi necesare insa cunostinte de chimie destul de avansate: fotonii din razele solare “bombardeaza” atomii materialelor din care este realizata celula fotovoltaica. Sub aceasta actiune, acestia tind sa se elibereze si astfel se formeaza energia electrica.

Majoritatea panourilor existente sunt rigide, dar in unele domenii se folosesc si panouri solare flexibile. In ambele cazuri, celulele fotovoltaice sunt protejate impotriva interperiilor, furtunilor sau razelor ultraviolete de un strat protector de sticla speciala. Astfel producatorii pot afirma ca panourile fotovoltaice actuale sunt destinate unei utilizari de lunga durata, ce poate depasi 20 de ani.

Electricitatea solarã poate sã-si aducã o importantã contributie la pãstrarea rezervelor de energie ale pamântului si, în acelasi timp poate contribui la încetinirea modificãrilor climatice generale: reduce consecintele efectului de serã si ale gazelor poluante din atmosferã. Costul energiei produse de sistemele fotovoltaice continuã sã scadã. Oricum, costul energiei fotovoltaice este, în general, mai mare decât al energiei produse în mod conventional. De asemenea, desi costul initial al echipamentului fotovoltaic este mai mare, sunt totusi unele aplicatii în care sistemul fotovoltaic este cel mai eficient din punct de vedere financiar. Numãrul sistemelor fotovoltaice creste anual datoritã avantajelor oferite. Dintre aplicatiile mai eficiente, trebuie mentionate cele destinate alimentãrii consumatorilor izolati, de micã putere, din domenii precum: telecomunicatii, balizaj, protectie catodicã, refrigerare, irigatii etc. Un sistem fotovoltaic bine realizat poate opera neurmãrit si necesitã o întretinere periodicã minimã. Economiile provenite din costurile de muncã si cheltuielile de transport pot fi neînsemnate.

Un mare avantaj pe care-l prezintã sistemele fotovoltaice este acela cã se pot integra în cladiri, pot înlocui subansamble, materiale de constructie sau chiar întregi pãrti componente ale clãdiri cum ar fi de exemplu acoperisul.
Modulele solare pot avea mai multe întrebuintari; astfel, ele pot înlocui suprafetele mai scumpe ale cladirilor si pot oferi în plus alte avantaje. De exemplu, în fatade, ele pot înlocui usor oglinzile sau geamurile colorate, asigurã umbrã si, în acelasi timp, pot genera electricitate. În interiorul acestor module de geam dublu, spatiul dintre celulele solare opace este transparent.

Avantajele esentiale ale sistemelor fotovoltaice sunt:

produc energie electrica fara efecte poluante asupra mediului
(+ reciclare completa)

nu au componente in miscare:

fiabilitate ridicata, durata de viata lunga

exploatare usoara, ieftina

tehnologie fara poluare fonica

producere si consum in acelas loc, pentru puteri instalate mai mici, consumabile local:

pierderi de transport reduse

spatii pentru producere si transport reduse

nu produce modificari in mediu .

Specialistii prevad un viitor stralucitor pentru energia solara. Considerat mult timp neprofitabil, acest tip de energie incepe sa castige teren, datorita imbunatatirii tehnologiilor si costului tot mai ridicat al resurselor energetice traditionale. Chiar si fara subventii guvernamentale, in maximum cinci ani, estimeaza specialistii McKinsey, energia solara ar putea costa la fel ca electricitatea produsa din combustibili fosili pentru consumatorul final din multe zone, cum ar fi California sau Italia.  

Pana in 2020, energia solara totala exploatata ar putea creste de 20-40 de ori fata de nivelul actual. Cu toate acestea, sectorul este abia la inceput. Chiar daca luam in calcul cele mai optimiste previziuni pe termen lung, in 2020, doar 3-5% din electricitatea folosita la nivel global va proveni din energie solara.

BIBLIOGRAFIE

www.inmh.ro;

www.windenergy.com;

www.magnus.ro.

www.lpelectric.ro

www.wikipedia.org

www.naturenergy.ro

Kelemen G., Ursa D. – Alternativa energetica. Partea I. Argumente in favoarea utilizarii

energiei solare, Rev. Tehnica instalatiilor nr. 5/2003.

Kelemen G., Ursa D. – Alternativa eneregtica. Partea II. Aplicatii ale sistemelor solare in

instalatiile pentru constructii, Rev. Tehnica instalatiilor nr. 6/200

BIBLIOGRAFIE

www.inmh.ro;

www.windenergy.com;

www.magnus.ro.

www.lpelectric.ro

www.wikipedia.org

www.naturenergy.ro

Kelemen G., Ursa D. – Alternativa energetica. Partea I. Argumente in favoarea utilizarii

energiei solare, Rev. Tehnica instalatiilor nr. 5/2003.

Kelemen G., Ursa D. – Alternativa eneregtica. Partea II. Aplicatii ale sistemelor solare in

instalatiile pentru constructii, Rev. Tehnica instalatiilor nr. 6/200