SOLUȚII POTENȚIALE PENTRU ÎMBUNĂTĂȚIREA EFICIENȚEI DE CONVERSIE A CELULELOR FOTOVOLTAICE PRIN INTEGRAREA ÎN FAȚADELE VENTILATE DUBLU VITRATE [309193]
SOLUȚII POTENȚIALE PENTRU ÎMBUNĂTĂȚIREA EFICIENȚEI DE CONVERSIE A [anonimizat] A [anonimizat]/T
[anonimizat] 1 – [anonimizat]. În fig. 1.1. este prezentată o imagine intuitivă pentru spectrul radiației electromagnetice. [anonimizat].
Fig. 1.1. Spectrul radiației electromagnetice [27]
Emisivitatea (ε)
Emisivitatea reprezintă măsura în care o [anonimizat]. Emisivitatea unei suprafețe variază între zero și unu. Pentru o [anonimizat]. Emisivitatea Soarelui este apropiată de cea a corpului negru cu temperatura de 5600 °C.
Absorbția (α), reflexia (ρ) și transmitanța (t)
[anonimizat] o suprafață este măsurată în procente ale energiei totale incidente, atunci se pot defini trei caracteristici definitorii ale acesteia: absorbția (α), reflexia (ρ) și transmitanța (t), cu:
Absorbția reprezintă procentul radiației absorbite de o suprafață. Reflexia reprezintă procentul radiației reflectate de o suprafață. Transmitanța reprezintă procentul energiei transmise printr-o suprafață.
Din acest punct de vedere, corpurile pot fi considerate transparente, opace sau semitransparente [7].
Soarele reprezintă cea mai importantă sursă de energie pentru planeta noastră. Energia
Soarelui este generată, în principal, prin nucleul său, de reacțiile termonucleare de fuziune a hidrogenului în heliu. Sub formă de unde electromagnetice această energie este apoi transmisă de la nucleu spre suprafața Soarelui și mai departe în spațiul din jur. Energia Soarelui este generată în miezul său. Presiunile gravitaționale comprimă și duc la încălzirea materialului de bază la peste 15 de milioane de grade Celsius sau aproximativ 27 milioane de grade Fahrenheit.
Nu toată energia solară ajunge la Pamânt. Energia solară este emisă în toate direcțiile, și doar o mică parte este în direcția planetei noastre. Energia medie primita de la Soare la suprafața întregului Pamânt este de 2 calorii (CAL) / centimetru patrat (cm2) / minut (min). Aceasta este, de asemenea, numită constanta solară. 34% din energia solară este reflectată înapoi în spațiu de zăpadă și nori. Doar jumatate de miliardime din energia solară ajunge pe Pamânt.
Cea mai mare parte a energiei soarelui este emisă într-un spectru de la 0,15 microni la 4 microni. Un procent de 41% din aceasta este vizibilă, 9% este ultravioletă și 50% infra-roșu.
Prin definiție, constanta solară este cantitatea de energie care trece în unitatea de timp prin unitatea de suprafață orientată normal pe raza solară din afara atmosferei. Ea este deci, radiația solară incidentă măsurată pe suprafața normală la limita superioară a atmosferei. Măsuratorile efectuate de diverși cercetători, în regiunile montane înalte sau aride, au dus la stabilirea unei valori medii ale constantei solare Ic = 1370 W/m2.
Poziția relativă dintre Soare și Pământ este într-o continuă schimbare, datorită rotației Pământului în jurul propriei axe și în jurul Soarelui. Poziția Soarelui în orice moment este caracterizată de trei unghiuri:
– unghiul de înclinare;
– unghiul de elevație;
– unghiul azimutal.
Unghiul de înclinare dintre Pământ și Soare se schimbă în funcție de anotimpuri (fig. 1.2.). Acesta are un maxim la solstițiul de vară (23,45°) și un minim la solstițiul de iarnă ( -23,45°).
Fig. 1.2. Poziția Pământului în raport cu Soarele pe parcursul unui an [28]
Rotația Pământului modifică unghiul sub care razele soarelui ajung la suprafața terestră și procentul din puterea maximă posibilă primită. De exemplu, în fig. 1.3. este prezentată proporția puterii absorbite pentru două unghiuri de incidență: θ = 15° și θ = 75°, respectiv 96% și 25%.
Fig. 1.3. Variația puterii incidente în funcție de unghiul de înclinare [5]
Unghiul de elevație reprezintă înălțimea Soarelui pe cer măsurată în grade față de orizontală. Acesta variază pe parcursul unei zile, având valoarea de 0° la răsărit și valoarea maximă la amiaza solară. Unghiul zenital este măsurat în raport cu verticala locului (fig. 1.4.) și este complementar cu unghiul de înălțime (unghiul de elevație).
Fig. 1.4. Unghiul de elevație și unghiul zenital [5]
Unghiul azimutal reprezintă direcția în care se află Soarele la un moment dat, măsurată pe busolă (fig. 1.5.). La amiaza solară, Soarele se află întotdeauna pe direcția sud în emisfera nordică și nord în emisfera sudică. La echinocții, Soarele răsare exact de la est și apune la vest, indiferent de latitudine, astfel unghiurile azimutale fiind 90° la răsărit și 270° la apus.
Fig. 1.5. Determinarea unghiului azimutal [5]
Spectrul radiației solare
În urma proceselor de fuziune nucleară Soarele emite în spațiu energie sub formă de radiație electromagnetică și radiație corpusculară (vântul solar).
Spectrul radiației electromagnetice se împarte în trei mari domenii spectrale:
Radiația vizibilă (lumina), radiația care produce direct senzația vizuală. Aceasta are o pondere de aproximativ 47% din banda radiației solare totale. Limita inferioară este cuprinsă între 380 – 400 nm și limita superioară între 760 – 780 nm. Din punct de vedere calitativ, radiațiile vizibile se caracterizează prin senzația de culoare pe care o provoacă și anume: 380 nm – violet – 420 nm – albastru – 535 nm – galben – 586 nm – portocaliu – 647 nm – roșu – 760 nm – ultraroșu – 780 nm.
Radiația infraroșie, este radiația cu lungimi de undă superioare vizibilului și mai mici de 1 mm. Procentajul radiației infraroșie este de 44% din radiația totală. Acest domeniu spectral se împarte în:
– radiația infraroșie A (I.R. – A) 780 – 1400 nm;
– radiația infraroșie B (I.R. – B ) 1400 – 3000 nm;
– radiația infraroșie C ( I.R. – C) 3000 – 1 mm ( 10 6 nm).
Radiația ultravioletă este radiația a cărei lungimi de undă sunt inferioare celei vizibile și mai mari de 1 nm., cu un procent de 9% din totalul radiației solare. Spectrul ultraviolet se împarte în:
– radiația ultravioletă A (U.V. – A) 315 – 400 nm;
– radiația ultravioletă B (U.V. – B) 280 – 315 nm;
– radiația ultravioleta C (U.V. – C) 100 – 280 nm.
Spectrul electromagnetic fotosferic al Soarelui emite 98 % din energie în domeniul cuprins între 150 – 3000 nm. Radiația solară din afara acestor limite conține foarte puțină energie. În cazul unor lungimi de undă mai mari de 3000 nm în domeniul infraroșu, aproximativ întreaga energie este absorbită de vaporii de apă și de bioxidul de carbon.
Spectrul radiației solare este foarte apropiat de cel al corpului negru cu o temperatură de aproximativ 5500 °C. În fig. 1.6. se poate observa cantitatea mare de energie electromagnetică emisă în domeniul vizibil și, de asemenea, benzile de absorbție pentru diferite gaze sau vapori.
Fig. 1.6. Spectrul radiației solare [6]
Componentele radiației solare
Clasificarea fluxurilor de radiație este facută după criterii privind natura sau originea sa [4].
După lungimea de undă (λ) radiația se împarte în:
– radiația de undă scurtă – cu λ cuprinsă între 290 – 3000 nm; Acesta este spectrul radiației solare și a fluxurilor derivate din ea, radiația solară difuză sau reflectată.
– radiația de undă lungă – cu λ mai mare de 3000 nm. Radiația de undă lungă este considerată a fi radiația suprafeței terestre și a atmosferei.
După originea sa, radiația la nivel atmosferic se subdivide în:
– radiația solară – este radiația emisă sau recepționată de la Soare. Este o radiație de undă scurtă.
– radiația terestră – este radiația emisă de către suprafața terestră. Este o radiație de undă lungă.
– radiația atmosferei – este radiația emisă de către atmosferă. Este și ea o radiație de undă lungă.
După direcție, radiația se împarte în:
– radiație descendentă – este radiația solară și a atmosferei îndreptate spre suprafața terestră. Radiația descendentă care provine de la Soare se mai numește și radiație solară incidentă.
– radiație ascendentă – este radiația solară și a atmosferei de sens invers radiației descendente, emisă sau reflectată de suprafața terestră.
– bilanț radiativ – este diferența dintre energia radiantă primită (radiație descendenta) de o suprafață și cea emisă sau reflectată de ea (radiație ascendentă).
Capitolul 2 – Utilizarea energiei fotovoltaice
2.1. Energia fotovoltaică
Efectul fotoelectric a fost observat prima dată în 1839 de catre Edmond Becquerel, un fizician din Franța. În cursul anului 1876 Adams și Day au observat efectul fotovoltaic în seleniu solid. Celula solară modernă a fost descoperită în 1954. Cercetătorii Bell Labs de la Pearson, Chapin, Fuller au raportat descoperirea de celule din siliciu cu eficiență de 4,5%, aceasta fiind ridicată la 6% doar câteva luni mai târziu.
Celulele fotovoltaice convertesc lumina în electricitate. O celulă fotovoltaică, denumită adesea celulă solară sau PV, reprezintă tehnologia folosită pentru a converti energia solară direct în energie electrică. Celula fotovoltaică este un dispozitiv nemecanic fabricat din aliaj de siliciu.
Lumina solară este compusă din fotoni, particule de energie solară. Acești fotoni conțin variate cantități de energie, corespunzătoare diferitelor lungimi de undă ale spectrului solar.
Când fotonii lovesc o celulă fotovoltaică, ei pot fi reflectați, pot trece mai departe sau pot fi absorbiți. Doar fotonii absorbiți conțin energia necesară pentru a produce energie electrică. Când este absorbită destulă energie solară de materialul semiconductor, electronii sunt dislocați din atomii materialului. Un tratament special al suprafetei, în timpul producerii, face suprafața frontală a celulei mai receptivă la electronii liberi, astfel încât electronii migrează spre suprafață.
Celulele fotovoltaice pot fi realizate din mai multe materiale semiconductoare, dar peste 95% din celulele solare sunt realizate din siliciu (Si), care este al doilea element chimic cel mai răspândit în scoarța terestră, reprezentând cca. 25% din aceasta, deci este disponibil în cantități suficiente, fiind astfel și ieftin. În plus, procesele de prelucrare a acestui material nu sunt agresive pentru mediul ambiant.
Fig. 2.1. Elementele constructive ale unei celule fotovoltaice [16]
2.2. Principiul de conversie fotoelectrică
Datorită absorbției radiației electromagnetice, în anumite materiale electronii de pe straturi energetice inferioare pot trece pe straturi energetice superioare, devenind astfel liberi și se formează goluri. Dacă mai mulți electroni, fiecare purtând o încarcătură negativă, călătoresc spre suprafața frontală a celulei, dezechilibrul care rezultă din încărcarea diferită între fața celulei și suprafețele din spate creează un potențial de tensiune la fel ca bornele negative și pozitive ale unei baterii. Când cele două suprafețe sunt conectate printr-o sarcină externă, cum ar fi un receptor, circulă energia electrică.
Celulele fotovoltaice pot fi realizate din mai multe materiale semiconductoare, dar peste 95% din celulele solare sunt realizate din siliciu (Si), care este al doilea element chimic cel mai răspândit în scoarța terestră, reprezentând cca. 25% din aceasta, deci este disponibil în cantități suficiente, fiind astfel și ieftin. În plus, procesele de prelucrare a acestui material nu sunt agresive pentru mediul ambiant.
În figura 2.2. este prezentată structura energetică a materialelor semiconductoare, deci și a siliciului.
Fig. 2.2. Structura energetică a materialeor semiconductoare [29]
Pentru ca un electron din banda de valență a materialului să devină liber și să poată participa la conducție, acesta trebuie să absoarbă o anumită energie. Această cantitate are o valoare proprie pentru fiecare material semiconductor. Valorile uzuale pentru celulele PV sunt:
1,12eV (λ = 1112nm) – pentru siliciu cristalin;
1,65eV (λ = 750nm) – pentru siliciu amorf;
0,66eV (λ = 1878nm) – pentru germaniu.
În consecință fotonii cu lungimi mari de undă, a căror energie cinetică este mică desprind puțini electroni de pe stratul de valență și au o eficiență scăzută în producerea energiei electrice. Pe de altă parte fotonii cu lungimi foarte mici de undă, bogați în energie vor fi absorbiți la suprafața celulei într-o zonă nefavorabilă producerii energiei electrice. Surplusul de energie este transformat în căldură și conduce la încălzirea materialului [1], [2].
[7]În vederea fabricării celulelor fotovoltaice, Si este impurificat (dopat) cu diferite elemente chimice, pentru obținerea unui surplus de sarcini electrice negative (electroni) sau pozitive (goluri). Se obțin astfel straturi de siliciu semiconductoare de tip n, respectiv de tip p, în funcție de tipul sarcinilor electrice care predomină. Prin alăturarea a două asemenea straturi de material semiconductor, caracterizate prin predominanța diferită a sarcinilor electrice, în zona de contact, se obține o așa numită joncțiune de tip p-n de tipul celei reprezentate schematic în figura 2.3.
Fig. 2.3. Joncțiune p-n [7]
Sub acțiunea diferenței de potențial electric, manifestată în zona de contact, electronii excedentari din stratul n, prezintă tendința de migrație în stratul p, deficitar în electroni. Analog, golurile excedentare din stratul p, prezintă tendința de a migra în stratul n, deficitar în sarcină electrică pozitivă. Această tendință de deplasare a sarcinilor electrice este reprezentată în figura 2.4.
Fig. 2.4. Tendința de migrare a sarcinilor electrice între straturile joncțiunii p-n [7]
Amploarea migrației sarcinilor electrice între cele două straturi ale joncțiunii p-n este limitată de nivelul energetic al purtătorilor celor două tipuri de sarcini electrice. Astfel, cu toate că nu se va realiza o reechilibrare la nivelul sarcinilor electrice în toată profunzimea celor două straturi, o zonă superficială din stratul p va fi ocupată de sarcini electrice negative (electroni), iar o zonă superficială din stratul n, va fi ocupată de sarcini electrice pozitive (goluri). Ca efect, se va produce o redistribuire a sarcinilor electrice în zona joncțiunii p-n, de tipul celei reprezentate în figura 2.5.
Fig. 2.5. Apariția unei diferențe de potențial electric în zona joncțiunii p-n[7]
Se observă că efectul acestei redistribuiri este reprezentat de apariția unei diferențe de potențial locale, la nivelul joncțiunii. Această diferență internă de potențial reprezintă o barieră care împiedică o eventuală deplasare ulterioară a sarcinilor electrice negative din stratul n spre stratul p și a celor pozitive din stratul p spre stratul n. Sarcinile electrice libere din cele două straturi sunt respinse din zona joncțiunii spre suprafețele acestor straturi, opuse joncțiunii p-n.
Lumina prezintă un caracter dual, având atât caracteristici de undă, conform teoriei ondulatorii a luminii, cât și caracteristici corpusculare, conform teoriei corpusculare, sau fotonice a luminii. Din punctul de vedere al efectului fotovoltaic este mai util ca lumina să fie considerată ca având caracter corpuscular.
Dacă joncțiunea p-n este supusă radiației solare, fotonii având un nivel energetic suficient de ridicat (cu atât mai ridicat cu cât radiația solară prezintă o intensitate mai mare), sunt capabili să transfere suficientă energie electronilor aflați pe straturile de valență ale atomilor, pentru a treace pe straturile de conducție și să devină electroni liberi. Sub acțiunea diferenței interne de potențial, care se manifestă local la nivelul joncțiunii p-n, electronii liberi care se formează în stratul n, sunt respinși spre suprafața stratului n al joncțiunii, iar electronii liberi care se formează în stratul p, sunt atrași spre zona de joncțiune, pe care o vor traversa și odată ajunși în stratul n, sunt respinși spre suprafața acestui strat. Fiecare electron liber, în momentul trecerii sale pe stratul de conducție, lasă în urmă un gol (sarcină electrică pozitivă) în structura atomului pe care l-a părăsit, astfel că sub acțiunea radiației solare nu apar doar electroni liberi ci perechi de sarcini electrice negative (electroni) și pozitive (goluri). Sub acțiunea diferenței interne de potențial, care se manifestă local la nivelul joncțiunii p-n, golurile care se formează în stratul p sunt respinse spre periferia stratului p al joncțiunii, iar golurile care se formează în stratul n, sunt atrase spre zona de joncțiune, pe care o vor traversa și odată ajunși în stratul p, sunt respinși spre suprafața acestui strat.
În urma deplasării sarcinilor electrice în cele două straturi și în zona joncțiunii p-n, conform mecanismului prezentat, se produce o polarizare electrică la nivelul suprafețelor exterioare ale joncțiunii p-n, așa cum se observă în figura 2.6.
Fig. 2.6. Polarizarea suprafețelor exterioare ale joncțiunii p-n [7]
Dacă suprafețele exterioare ale joncțiunii p-n sunt acoperite cu câte un strat metalic, reprezentând fiecare câte un electrod, între aceștia se va manifesta o diferență de potențial, care într-un circuit închis va produce manifestarea unui curent electric. Diferența de potențial și curentul electric se pot menține la un nivel constant atâta tip cât se manifestă radiația solară. Este evident că variația intensității radiației solare va produce și variații ale diferenței de potențial, dar mai ales ale intensității curentului electric așa cumse va arăta ulterior.
Celula fotovoltaică este componenta de bază a unui sistem fotovoltaic. Celulele individuale pot varia in marime de la aproximativ 0,5 centimetri la aproximativ 4 centimetri în diametru. Cu toate acestea, o celulă produce doar 1 sau 2 wați, ceea ce nu este suficientă putere pentru majoritatea aplicațiilor.
Un panou fotovoltaic reprezintă un ansamblu de celule fotovoltaice. Acesta este numit, de asemenea, modul solar, modul fotovoltaic sau panou fotovoltaic. Un câmp de panouri fotovoltaice de energie solară reprezintă o serie de mai multe panouri solare conectate.
Se disting trei tipuri de aplicații pentru sistemele cu panouri fotovoltaice:
Sistemele de producție autonomă pentru alimentarea amplasamentelor sau echipamentelor izolate și neracordate la rețeaua electrică;
Sistemele de pompare pentru alimentare cu apă;
Sistemele de producție racordate la rețeaua de distribuție a energiei electrice.
2.3. Tipuri de panouri fotovoltaice
Un panou fotovoltaic, denumit și modul fotovoltaic este compus în general dintr-un circuit cu 36 până la 60 de celule legate în serie și încapsulate între două straturi de sticlă, sau un strat de sticlă la exterior și un material compozit în spate. De obicei acestea au prevăzute un cadru de aluminiu ce permite fixarea modulului pe diferite tipuri de suporți. De asemenea, există și modele fără cadru, acestea putând fi utilizate pentru diferite variante de integrare arhitecturală.
Fig. 2.7. Exemplu de panou (modul) fotovoltaic format din 36 de celule [13]
Există trei tipuri principale de panouri solare fotovoltaice, atât pentru uz comercial cât și rezidential. Acestea sunt:
– Monocristalin
– Policristalin
– Siliciu amorf, numit de asemenea "Thin Film"
Toate cele trei tipuri de panouri solare au atât avantaje, cât și dezavantaje, în funcție de bugetul utilizatorului final, dimensiunea și tipul de mediu în cazul în care acestea sunt utilizate.
2.3.1. Panou fotovoltaic monocristalin
Celulele monocristaline sunt decupate din cadrul unui singur cristal de siliciu, ele fiind în mod efectiv o felie dintr-un cristal. În aparență, ea va avea o textura buna si se va putea vedea grosimea feliei.
Celulele modulelor fotovoltaice monocristaline sunt de culoare gri-albăstrui sau neagre cu un aspect uniform. Avantajul constă în randamentul de conversie foarte bun (17%). Dezavantajele constau în costul ridicat și randamentul scăzut pentru nivel de iluminare scăzut.
Fig. 2.8. Celulă fotovoltaică monocristalină [13]
Acestea sunt cele mai eficiente și cele mai scumpe din punctul de vedere al producerii. Ele sunt, de asemenea, rigide și trebuie să fie montat într-un cadru pentru a le proteja.
Alcătuite dintr-o bucată mare de cristal de siliciu, panourile solare monocristaline sunt cele mai eficiente și cele mai scumpe panouri disponibile în prezent. Datorită eficientei lor ridicate, acestea sunt adesea folosite în aplicații în cazul în care zona de instalare este limitată, oferind utilizatorului final maximul de energie electrică pentru zona de instalare disponibilă.
2.3.2. Panouri fotovoltaice policristaline
Caracterizate prin aspectul său de sticlă spartă, din cauza procesului de fabricație, folosind cristale de siliciu multiple, panourile solare policristaline sunt panourile solare cele mai frecvent observate. Mai puțin eficiente decât panourile monocristaline, dar, de asemenea, mai puțin costisitoare.
Celulele modulelor fotovoltaice policristaline sunt de culoare albastră, cu un aspect mozaicat. Au avantajul unui randament de conversie bun (până la 15%) și sunt mai ieftine decât cele monocristaline. Principalul dezavantaj constă în randamentul scăzut în cazul iluminării scăzute.
Fig. 2.9. Celulă fotovoltaică policristalină [13]
Celulele policristaline (sau multicristaline) sunt în mod efectiv o tăietură dintr-un bloc de siliciu, constând dintr-un număr mare de cristale. Ele au un aspect pătat și din nou, există posibilitatea de a se vedea grosimea.
Aceste celule sunt mai puțin eficiente și mai puțin costisitoare decât celulele monocristaline și trebuie montate într-un cadru rigid.
2.3.3. Panouri fotovoltaice cu siliciu amorf sau “Strat Subtire”
Aceste panouri pot fi subțiri și flexibile, acesta este motivul pentru care sunt frecvent denumite ca panouri solare "Thin Film". Panourile solare din siliciu amorf sunt comune pentru construirea aplicațiilor fotovoltaice integrate (BIPV), datorită opțiunilor de aplicare a acestora si esteticii. Acestea sunt mai ieftine și nu sunt afectate de umbrire. Dezavantajele sunt eficiența scăzută (5%), pierderea de putere pe mp instalat și izolare termică.
Fig. 2.10. Panou cu Si amorf [13]
Celulele amorfe sunt fabricate prin plasarea unui strat subțire amorf (non cristalin) de siliciu pe o gamă largă de suprafețe. Acestea sunt cel mai puțin eficiente și mai puțin costisitoare dintre cele trei tipuri. Având în vedere natura amorfă a stratului subțire, care este flexibil, dacă sunt fabricate pe o suprafață flexibilă, ansamblul panou solar poate fi flexibil.
O caracteristică a celulelor amorfe solare este faptul că producția lor de putere se reduce în timp, în special în timpul primelor luni, după care acestea sunt practic stabile. Puterea produsă de un panou amorf ar trebui să fie cea produsă după această stabilizare.
2.4. Parametrii celulelor fotovoltaice
Cele mai importante caracteristici ale celulelor fotovoltaice sunt:
– Tensiunea în gol – măsurată atunci când nu este conectat niciun receptor la celula fotovoltaică. Intensitatea curentului electric este zero și tensiunea are valoare maximă.
Tensiunea în gol variază în funcție de radiația solară după o lege logaritmică.
– Curentul de scurtcircuit – valoarea intensității curentului electric atunci când terminalele celulei sunt conectate prin impedanță zero. Valoarea tensiunii scade la zero iar valoarea curentului este maximă.
Curentul de scurtcircuit este direct proporțional cu intensitatea luminoasă.
– Puterea electrică – este direct proporțională cu tensiunea și curentul. Depinde de impedanța R conectată la celulă, având o valoare maximă în punctul M.
Fig. 2.11. Determinarea punctului corespunzător puterii maxime [30]
– Eficiența celulei solare – reprezintă raportul dintre puterea electrică livrată și puterea solară radiantă incidentă.
2.5. Influența temperaturii panoului fotovoltaic asupra randamentului de conversie
Randamentele maxime ale panourilor fotovoltaice la momentul actual se situează în intervalul 14..18%. Aproape toată energia solară captată de panourile fotovoltaice neconvertită în energie electrică, circa 80%, este transformată în căldură.
De asemenea, fenomenele de absorbție a fotonilor în zone îndepărtate de joncțiunea p-n are drept consecință recombinarea electronilor eliberați și producerea suplimentară de căldură. O altă cauză a producerii de căldură la nivelul celulelor fotovoltaice este reprezentată de absorbția fotonilor la nivele energetice inferioare sau în nucleul atomilor, fără eliberarea de electroni.
Performanțele panourilor fotovoltaice sunt dependente de temperatură. Există o multitudine de studii referitoare la dependența randamentului de conversie în funcție de temperatura celulei. Totuși multe dintre studii iau în considerare o variație liniară a acesteia fig. 2.12. Astfel atunci când are loc o creștere a temperaturii scade și eficiența panourilor fotovoltaice de a converti energia radiației solare în curent electric. Se poate considera, ca valoare orientativă, o reducere a eficienței panourilor fotovoltaice cu 0,3 …0,5%, pentru fiecare grad de creștere a temperaturii.
Din acest punct de vedere, cea mai eficientă conversie a energiei solare în energie electrică este realizată în spațiul cosmic, unde temperatura este apropiată de 0K.
Fig. 2.12. Influența temperaturii asupra randamentului de conversie [3]
Skoplaki E. et. al. [41] prezintă diverse metode și relații de calcul pentru dependența dintre eficiența de conversie a modulelor fotovoltaice și temperatura acestora.
Cum puterea unei celule fotovoltaice variază în funcție de schimbările de temperatură și radiație, au fost definiți parametrii standard, care produc așa numita putere de vârf watt-peak (Wp), referitoare la puterea furnizată de către celulă la o temperatură de 25 ° C, viteza vântului de 1 m/s și intensitatea radiației solare de 1000 W / m².
Fig. 2.13. Influența temperaturii asupra performanței panourilor fotovoltaice [3]
NOCT
În literatura de specialitate există mai multe modele pentru determinarea temperaturii celulelor fotovoltaice Tc în funcție de factorii externi. Cea mai comună metodă, conform [40], constă în utilizarea NOCT (Normal Operating Cell Temperature) – Temperaturii normale de operare a celulei. Valoarea acestui parametru este furnizată de producătorul modulului fotovoltaic. Tc este dependentă de temperatura ambientală Ta și de radiația solară ф conform următoarei relații:
Această metodă simplă furnizează rezultate satisfăcătoare în cazul în care modulul fotovoltaic nu este integrat în acoperiș.Valoarea NOCT este calculată pentru o viteză a aerului de 1m/s, temperatura ambientală de 20 °C și o radiației emisferică ф = 800 W/m2. NOCT este puternic dependentă de tipul de încapsulare a modulului fotovoltaic.
Prin utilizarea unui model pe baza rețelelor neuronale, în [42] este prezentată o relație empirică de calcul a temperaturii panourilor fotovoltaice în care se ia în considerare și viteza curenților de aer. Astfel se ajunge la o relație liniară de legătură între temperatura modulului și condițiile ambientale (temperatura exterioară, intensitatea radiației solare, umiditate, viteza vântului și direcția vântului):
Tmodule (oC) = 0.943*Tambient + 0.028*Irradiance – 1.528*WindSpd + 4.3
unde, unitățile de măsură utilizate sunt: Tambient (oC), Irradiance (W/m2), WindSpd (m/s).
2.6. Interesul în domeniul energiei fotovoltaice
2.6.1. Aspecte generale
Producerea de energie electrică prin utilizarea energiei solare radiante cu ajutorul modulelor fotovoltaice prezintă avantaje importante:
Sursa de energie utilizată este regenerabilă și gratuită;
Procesele de producere a energiei electrice nu au impact negativ asupra mediului (emisii poluante, deșeuri, zgomot etc.);
Producerea de electricitate se realizează fără utilizare de piese în mișcare;
Costuri reduse în ceea ce privește mentenanța și utilizarea facilă (modulele fotovoltaice au proprietatea de autocurățire în prezența ploii);
Energia produsă este consumată de obicei local, ceea ce duce la pierderi de putere reduse.
Puterile aduse în discuție pentru diferitele soluții de panouri fotovoltaice sunt în jur de 110 Wp/m2 până la 150 Wp/m2 (corespunzătoare unor randamente de 11% și 15%). Modulele produc curent continuu și o tensiune în jur de 20 V. Producătorii garantează generarea a 80% din puterea nominală după 25 de ani de funcționare.
De asemenea, este foarte important ca integrarea panourilor fotovoltaice într-o clădire să se realizeze în urma unei analize realizată alături de viitorul beneficiar al clădirii respective. Astfel se poate ajunge la o bună corelație între producerea de energie electrică și consumul de energie al beneficiarului. Întotdeauna este recomandat ca soluția de utilizare a sistemelor cu panouri fotovoltaice trebuie să vină împreună cu o altă serie de măsuri de eficientizare și raționalizare a consumurilor de energie: înlocuirea lămpilor de iluminat cu incandescență cu cele economice, utilizarea de aparatură performantă etc. Aceste măsuri nu sunt întotdeauna costisitoare și trebuie implementate în vederea realizării unui consum de energie scăzut.
2.6.2. Efecte directe
În urma implementării unei instalații fotovoltaice conectate cu rețeaua furnizorului se pot obține în mod direct două câștiguri:
Câștigul economic: proprietarul instalației poate vinde direct furnizorului surplusul de energie electrică. De exemplu, o instalație cu 10KWp (100 m2) instalați poate produce aproximativ 12 MWh/an. În funcție de valoarea KWh (de exemplu 0,55 €/KWh) se pot obține venituri de cel puțin 6000 € anual.
Efectele asupra mediului: electricitatea produsă reprezintă o energie curată, fără să utilizeze soluții poluante, cum sunt de exemplu centralele termoelectrice. În cazul unei instalații care produce 12 MWh/an, reducerea emisiilor anuale ar fi de aproximativ 780 kg CO2.
După instalare, panourile fotovoltaice produc energia nominală (fără a lua în considerare și pierderile prin conductoare) pe o perioadă de 2,6 ani în cazul instalării pe acoperiș și 4 ani atunci când sunt instalate pe fațade [15].
Durata de viață a modulelor fotovoltaice este în general de 30 de ani și producătorii garantează producerea de energie pentru 20…25 de ani, cu o scădere a puterii generate de maxim 10…20%.
Conform [13] costul de instalare este curprins momentan între 8 €/Wp pentru un beneficiar particular și 6 €/Wp pentru instalațiile colective de mare putere. De asemenea există posibilitatea de instalare la costuri mai mici, de 4,5 €/Wp pentru anumite situații favorabile. Trebuie menționat că dacă instalația fotovoltaică a fost gândită încă din perioada de proiectare a construcției, atunci costurile sunt minime și integrarea se poate realiza mult mai facil.
Principala sursa a costurilor este reprezentată de modulele fotovoltaice (60%) și de invertoare (între 10 și 15%).
Fig. 2.14. Ponderea elementelor în costul final al sistemului fotovoltaic [13]
2.6.3. Costurile de exploatare
Cheltuielile anuale cu exploatarea și mentenanța acestor sisteme (inclusiv cele legate de înlocuirea unor invertoare) sunt reduse, de ordinul a 1% din costul de investiție, în cazul a 20 de ani de funcționare, cu 4 vizite controlate, 3 incidente care necesită intervenții asupra instalației, un modul și 2 invertoare defecte. Acestea ar reprezenta în jur de 800 €/an pentru o instalație de 10 KWp (100 m2). [13].
2.6.4. Costurile energiei produse
Un exemplu de calcul simplificat [13], permite determinarea costului energiei produse. Pentru o instalație integrate de 10 KWp:
Investiția: 80000 €;
Mentenanța: 800 €/an;
Producția: 12000 kWh/an;
Durata de studiu: 20 ani;
Venituri: 6600 € (instalația fotovoltaică integrate în clădire, beneficiază de un tariff de cumpărare de 0,55 €/kWh).
În aceste ipoteze se poate determina costul de producere a energiei electrice: 0,55 €/kWh. Timpul de recuperare a investiției ar fi undeva între 12 și 14 ani.
2.7. Poziționarea panourilor fotovoltaice
2.7.1. Generalități
Obiectivul constă în producerea unei energiii suplimentare de-a lungul întregului an. Producția maximă este atinsă în momentul în care razele solare sunt perpendiculare pe module.
Radiația solară incidentă pe modulele fotovoltaice are o variație anuală importantă. De asemenea, durată de însorire a lor este diferită în timpul iernii față de sezonul cald. Această diferență se traduce printr-o reducere a producției totale cu circa 5% pentru fiecare lună de iarnă.
2.7.2. Inclinarea și orientarea panourilor fotovoltaice
Studiile de specialitate [13] arată că este necesară o cercetare în ceea ce privește înclinarea optimă în vederea obținerii energiei maxime pe întreaga perioadă a anului. Aceasta depinde de poziționarea geografică a captatorului și de asemenea de orientarea acestuia.
Fig. 2.15. Reprezentarea unui modul fotovoltaic inclinat la 35° [13]
În [13] sunt prezentate două grafice, fig. 2.16. și 2.17., care indică eficacitatea modulelor fotovoltaice și timpul de amortizare a investiției în funcție de înclinarea și poziționarea acestora.
Fig. 2.16. Producția anuală în kWh/an pentru un generator de 10 kWp în funcție de orientarea
și înclinația modulelor [13]
Fig. 2.17. Timpul de amortizare brut în funcție de orientarea și înclinare modulelor [13]
Prin urmare, este necesar să se asigure o poziționare optimă a modulelor fotovoltaice. Pentru asigurarea unei productivități corecte a sistemului, este recomandată orientarea panourilor fotovoltaice spre sud, cu o marjă de maxim 30° spre est sau vest și o înclinare cuprinsă între 25° și 45° în raport cu orizontala. Aceste valori sunt prezentate în literatura de specialitate [14] și sub formă tabelară:
Fig. 2.18. Factor de corecție pentru calculul randamentului unei instalații fotovoltaice [14]
2.8. Impedimente posibile la realizarea unui sistem fotovoltaic [14]
Schema simplificată pentru o instalație electrică cu panouri fotovoltaice conectată la rețeaua furnizorului de energie electrică este prezentată în fig. 2.19. Pentru realizarea acestor sisteme trebuie făcute în prealabil o serie de studii în ceea ce privește eficiența integrării lor în funcție de zona geografică și zonele înconjurătoare.
Fig. 2.19. Schema simplificată a instalației cu panouri fotovoltaice [14]
După cum s-a menționat anterior, alegerea orientării și unghiului de înclinare influențează în mod decisiv randamentul.
Panourile trebuie să rămână curate. Prin urmare trebuie evitate toate depunerile de murdărie cum ar fi praful sau dejecțiile păsărilor. În general, ploaia este suficientă pentru realizarea unei spălări a modulelor, dacă înclinația minimă a modulelor de 15 grade este respectată. Totuși, este recomandată verificarea periodică a acestora.
Invertorul trebuie să fie dimensionat corect în raport cu dimensiunea instalației. O subdimensionare sau supradimensionare foarte importantă a acestuia, poate perturba funcționarea sistemului fotovoltaic și poate conduce la dezechilibre economice. În realitate, este recomandat ca puterea invertorului să fie cu 10% până la 15% mai mică decât puterea de vârf a panourilor fotovoltaice. Această reducere este acceptabilă, având în vedere că orientarea panourilor în raport cu radiația solară nu este întotdeauna optimă și de asemenea, de multe ori cerul este înnorat, și poate duce la optimizarea tehnică și economică a instalației.
Pe de altă parte, prezența umbrii este foarte dăunătoare funcționării panourilor fotovoltaice. Este foarte important să se evite umbra determinată de arbori, ferestre, acoperiș, coșuri sau alte clădiri, deoarece aceasta provoacă o scădere importantă a randamentului.
Umbrirea completă împiedică întreaga radiație solară (directă și indirectă) să ajungă la celulele fotovoltaice (dejecțiile păsărilor, ramura unui copac). Umbrirea parțială împiedică doar radiația solară directă să ajungă la celula fotovoltaică (coșuri, arbori, nori).
În cazul conectării serie, dacă un singur panou este parțial sau total umbrit, producția întregii instalații are de suferit, deoarece celula cea mai slabă va determina limitarea puterii celorlalte celule (în cazul în care nu sunt prevăzute diode de by-pass).
Integrarea panourilor pe acoperiș poate antrena o pierdere importantă a randamentului de conversie în comparație cu integrarea acestora în suprastructură, în absența ventilării. Prin urmare, creșterea temperaturii în timpul lunilor însorite și, prin urmare, cele mai calde poate reduce semnificativ producerea de electricitate.
Capitolul 3 – Caracteristicile fizice ale sticlei pentru construcții
3.1. Generalități
Sticla, care reprezintă un material anorganic, este considerată solidă datorită vâscozității foarte mari la temperatura ambientală. Principalul component al sticlei este, de fapt, nisipul (dioxidul de siliciu SiO2). Cele mai comune elemente utilizate pentru producerea sticlei sunt: oxizii de siliciu, de bor, de germaniu, de fosfor și arsenic. Cea mai importantă proprietate a sticlei este aceea de a permite luminii și radiației infraroșii cu lungime de undă scurtă să treacă. Pe de altă parte, sticla blochează trecerea radiației infraroșii cu lungime de undă lungă care este reflectată de elementele de construcție. În acest mod apare fenomenul de efect de seră. De asemenea sticla reprezintă o barieră împotriva fluidelor și sunetelor din exterior. Coeficientul de transmisie a radiației pentru sticla curată este de aproximativ 85%.
Tehnologiile noi de producere a sticlei au dat naștere unor proprietăți superioare în ceea ce privește coeficienții de transmisie reduși, U [W/m2K], unei durabilități ridicate și unor posibilități variate de proiectare a clădirilor. Din păcate, această îmbunătățire este acompaniată de calitatea specifică a sticlei de a bloca trecerea radiației de lungime de undă lungă, ceea ce reprezintă un impediment pe timpul verii. Multe din clădirile moderne au fațadele simplu vitrate în totalitate cu sticlă izolatoare. Acest aspect determină însă o creștere a necesarului de energie pe timpul verii datorită sarcinilor de răcire mai mari.
În fig. 3.1. este prezentată o evoluție a sticlei de la cea simplă cu U=6 W/m2K la cea triplă cu U = 0,5 W/m2K și cu o tendință de îmbunătățire pentru ferestrele cu vid.
Fig. 3.1. Proprietățile fizice ale sticlei
Se observă că atunci când are loc reducerea coeficientului de transfer de căldură (U) este foarte greu de controlat scăderea coeficientului de transmisie a luminii naturale (τ), aspect ce trebuie luat în considerare în etapele de proiectare ale unei clădiri.
3.2. Proprietățile fizice ale sticlei
3.2.1. Proprietăți optice
Principalele proprietăți optice ale sticlei utilizată în construcții sunt:
– indicele de reflexie: raportul dintre unghiul de incidență și cel de refracție.
– τv, transmitanța luminii, caracterizată prin factorul de transmisie luminoasă absolută, egal cu raportul dintre densitatea radiației solare incidente care traversează vitrajul în partea vizibilă a spectrului solar.
– g, transmitanță totală a energiei solare, caracterizată prin factorul solar.
Fluxul solar incident pe suprafața vitrată are o repartiție diferită în raport cu natura sticlei, respectiv caracteristicile acesteia, dar mecanismul interacțiunii este identic și poate fi explicitat în mod sintetic după cum se prezintă în fig. 3.2.:
– o fracțiune din fluxul incident, ρeΦe, este reflectată spre exterior, unde e reprezintă factorul de reflexie directă al vitrajului, cunoscut și sub denumirea de reflectanța solară directă;
– o altă fracțiune, τeΦe, este transmisă prin sticlă, unde e este factorul de transmisie directă al vitrajului, cunoscut și sub denumirea de transmitanța solară directă;
– restul, αeΦe, este absorbită de vitraj, unde e reprezintă factorul de absorbanță directă al vitrajului;
Factorii de reflexie – ρe, transmisie – τe și absorbanță – αe sunt legați între ei prin relația:
ρe+τe+αe=1
Fig. 3.2. Fluxul solar incident pe suprafața vitrată [31]
Energia totală transmisă prin vitraj este caracterizează prin factorul solar absolut „g” definit prin suma dintre energia totală transmisă direct și de partea din radiația absorbită, reemisă spre interior, conform relației:
g = τe + qi
În practică se utilizează și noțiunea de coeficient de umbrire, Sc, care reprezintă raportul dintre factorul solar al vitrajului considerat și factorul solar al sticlei clare cu grosimea de 4mm, considerată ca etalon:
Sc =g/0.87
Pentru optimizarea energetică a fațadelor dublu vitrate este necesară alegerea unor sticle și realizarea unor combinații ale factorilor g- τv astfel încât rezultatul global să fie optim. În sezonul cald este necesar un factor solar „g” mic combinat cu o transmisie luminoasă „V” ridicată. Pentru sezonul rece este recomandată sticla caracterizată de valori ale factorului solar „g” și transmisiei luminoase „V „ ridicate.
În mod practic, însă produsele din sticlă actuale nu permit realizarea combinațiilor optime pentru funcționarea pe durata întregului an cu aceleași geamuri. Adoptarea unor combinații optime între factorii solari și de transmitanță luminoasă poate reprezenta un criteriu de alegere a vitrajului.
3.2.2. Proprietățile termo-mecanice
Caracterizarea din punct de vedere termic a sticlei este extrem de importantă pentru alegerea celor mai bune modalități de realizare a fațadelor dublu vitrate.
Parametrii termo-fizici caracteristici sunt:
• coeficientul de dilatare “”: alungirea unității de lungime pentru o variație de temperatură de 1K; pentru sticlă, =9.10-6m/m.K, (pentru intervalul de temperatură +200C…+2200C).
• conductivitatea/conductibilitate termică: caracterizează relația dintre fluxul de căldură pe unitatea de suprafață și gradientul de temperatură (1,15 W / m .K).
• coeficientul de transmitanță termică “U”: reprezintă fluxul de căldură care trece prin 1 m2 de perete la o diferență de temperatură de 1 K între interior și exterior. Valorile coeficientului U variază relativ mult în raport cu tipul de geam (simplu, dublu, triplu), natura sticlei și a gazului dintre acestea;
• permeabilitatea termică “P” a unui element de anvelopă este cantitatea de căldură care traversează, în regim permanent, acest element, în unitatea de timp, pe unitatea de suprafață de 1m2, și pentru o diferență de temperatură interior/exterior de 1K (în W/m2.K);
• rezistența termică “R “ este inversul permeabilității termice; aceasta este egală cu raportul dintre grosimea "e" a materialului (în metri) și conductivitatea termică λ: R=e/λ ((m2.K)/ W);
• căldura specifică masică “cm” : măsoară cantitatea de căldură necesară pentru a ridica temperatura unei unități de material cu un grad Celsius (pentru sticlă: cm=700J/kg.K);
• emisivitate “ε”: egală cu raportul dintre energia emisă de o suprafață dată la o temperatură dată și cea a unui emițător perfect (corpul negru cu o emisivitate egală cu 1), la aceeași temperatură. Determinarea emisivității se face conform SR EN 12898:2002. Emisivitatea sticlei transparente la incidență normală ε = 0,88.
• rezistența la șoc termic: cea mai mare diferență de temperatură la care sticla rezistă fără să se spargă.
• temperatura de înmuiere: ± 600 ° C;
• temperatura de topire: 1500 ° C;
Sticla este un material casant al cărui comportament mecanic poate fi descris prin intermediul mai multor parametri, respectiv:
• Modulul de elasticitate sau modulul lui Young "E"; Sticla este un material perfect elastic dar în același timp fragil (supusă unei îndoiri încrucișate, se sparge fără a prezenta fisuri prealabile);
• Coeficientul de contracție laterală ;
• Rezistența la tracțiune/ compresiune a sticlei (): este foarte ridicată:
=1 000 N/mm2 =1000 MPa ;
• Rezistența la îndoire;
• Tenacitate (K 1c),
• Duritatea, d.
3.2.3. Proprietățile electrice
Sticla poate fi caracterizată din punct de vedere electric prin:
Rezistență specifică;
Constantă dielectrică;
Proprietăți electro-chimice speciale, controlabile la scară nano, care o fac activă din punct de vedere electro-chimic.
Un exemplu relevant este sticla cu proprietăți controlabile în masă și respectiv sticla cu memorie 3D ( în masă).
3.3. Controlul radiației solare
Grigoraș C. prezintă în [12] un studiu documentar al controlului radiației solare prin utilizarea unor sticle cu proprietăți speciale.
Una din cele mai indicate strategii pentru reducerea aporturilor solare este: utilizarea vitrajelor speciale care permit controlul solar. În această categorie se încadrează:
– vitrajele absorbante;
– vitrajele cu straturi reflectorizante;
– vitraje cu proprietăți complexe, care să permită o combinație a primelor două fenomene, și,
– vitrajele cromogene, care își modifică proprietățile termice și optice în funcție de variația unor factori externi.
3.3.1. Sticlă absorbantă
Sticla absorbantă este o sticlă colorată în masă (bronz, gri, verde, albastru, roz, …), prin adăugarea de oxizi metalici în compoziția ei. Aceștia sunt plasați pe partea exterioară, astfel încât să retransmită, cât mai repede posibil, spre exterior, radiațiile.
Funcție de culoarea și grosimea sticlei, factorul absorbant a (0,40,8).
Geamurile colorate în albastru sau verde au o transmisie a luminii mai mare decât cele folosite tradițional, colorate în nuanțe de bronz sau gri, dar au un factor solar mai mic decât cele din urmă, conform datelor de mai jos (tabel).
Tabel.3.1. Valorile factorilor energetici ale sticlei absorbante în funcție de culoare.
Geamurile absorbante sunt, într-o anumită măsură și reflexive.
Când factorul de absorbție este mai mare, geamul va avea un aspect mai mat și caracteristici mai puțin reflectorizante.
Acțiunea selectivă a sticlei absorbant are ca efect:
– reducerea factorului solar al geamului, g/FS, în funcție de culoarea și grosimea sticlei. Acesta poate varia între 0.46 și 0.67, ceea ce corespunde la o energie solară absorbită și reemisă spre exterior variind de la 54% la 33%. Pentru comparație, la sticla transparentă, factorul solar variază între 0.78 și 0.81;
– reducerea coeficientului de transmisie luminoasă l/TL. Acesta variază între 0.36 și 0.65, comparativ cu cazul unui geam termopan convențional la care coeficientul de transmisie luminoasă l/TL este cuprins între 0.65 si 0,76, și,
– nu modifică coeficientul de transfer termic U, care are aceeași valoare ca și pentru geamul dublu standard.
În fig. 3.3. este prezentată repartiția comparativă a modalităților de transmitere a energiei printr-un vitraj clar, netratat și printr-un vitraj absorbant.
Fig. 3.3. Energia transmisă, reflectată și absorbită pentru sticla clară și absorbantă [32]
Se menționează faptul că sticla absorbantă a fost utilizată pentru realizarea funcției de control solar înainte de apariția tehnologiilor eficiente de depunere a straturilor reflectorizante pe suprafața sticlei.
3.3.2. Sticla reflectorizantă
Este concepută pentru a spori fracțiunea de energie solară reflectată și de a reduce partea din energia incidentă transmisă.
Prin reflectarea radiațiilor infraroșii și ultraviolete (invizibile cu ochiul) care reprezintă, respectiv, 43% și 3% din energia solară se previne pătrunderea energiei aferente în spațiul protejat. Geamul reflexiv se caracterizează printr-un factor solar „g” relativ redus, cuprins în domeniul g(0,100,63) comparativ cu cel al sticlei clare (0.78 – 0.81).
Reflectarea radiației vizibile din spectrului solar, conduce la o transmitanță luminoasă mai mică comparativ cu sticla transparentă. Vitrajele reflectorizante au un factor de transmitanță luminoasă e cuprins în domeniul (0,07 și 0,66), mult mai mic față de cel al sticlei clare (FS0.65 si 0,76).
Coeficientul de transfer termic U nu este influențat. Acesta are aceeași valoare ca și pentru vitrajul dublu standard.
Proprietatea de reflexivitate este obținută prin depunerea unuia sau a mai multor straturi de oxid de metal pe geam, de obicei pe o singură parte a sticlei și la interiorul geamurilor duble (poziția 2), astfel încât să reflecteze razele luminoase înainte de trecerea lor în stratul de aer.
Tehnologia de realizare a acestor straturi este diferită:
– straturi pirolitice, bazate pe oxizi metalici depuși pe sticlă obișnuită sau absorbantă, în poziția 1 sau 2.
– straturi vidate pe bază de oxizi metalici; aceste straturi sunt foarte fragile, motiv pentru care trebuie plasate în mod obligatoriu în cadrul vitrajelor duble în poziția 2.
– filme adezive reflectorizante. Filmul este lipit pe una din fețele geamului (de obicei, spre interior) astfel încât să nu poată fi șters.
Această sticlă poate fi clară sau colorată (bronz, gri, argintiu, verde, albastru …), prezentând proprietăți de reflecție energetică și luminoasă foarte variate.
În industria sticlei există preocupări și pentru obținerea unei repartiții optime între partea de energie reflectată și partea de lumină transmisă.
În fig. 3. 4. se ilustrează principiul de mai sus, prin compararea curbelor de transmisie ale spectrului solar în cazul unor geamuri din sticlă transparentă, respectiv reflectorizantă gri si argintiu.
Eficacitatea selectivă a geamurilor reflectorizante argintate poate lăsa să treacă o mare parte din radiația luminoasă (e =43%), oprind aproape complet radiațiile infraroșii (g = 25%).
Comparativ cu un geam convențional termoizolant, aceasta permite reducerea radiației termice transmise de trei ori, reducând simultan și transmisia luminoasă la 50%.
Aceste efecte complexe pot fi obținute în cazul fațadelor duble vitrate prin selectarea și combinarea adecvată a sticlelor cu proprietăți speciale, în alcătuirea ansamblului fațadei.
Fig. 3.4. Caracteristicile de transmitanță, reflectanță și absorbanță energetic pentru sticla clară și sticla reflectorizantă gri și argintie [33]
În fig .3. 5 sunt prezentate posibilele combinații ale factorilor g-V pentru obținerea de sticle cu performanțele energetice dorite.
Fig. 3.5. Combinații posibile ale factorilor g-V pentru sticlele absorbante și reflectorizante [34]
3.3.3. Sticlă cu proprietăți complexe
Sticlă absorbantă și reflectorizantă. Combină cele două proprietăți absorbanță- reflectanță prin depunerea unui strat de oxid de metal pe o sticlă absorbantă.
Sticlă reflexivă și de joasă emisivitate, obținută prin aplicarea unor filme numite "de joasă emisivitate" care combină cele două proprietăți în aceeași peliculă. Aplicarea lor permite o reducere a pierderilor de energie prin geam până la 30%.
Sticlă inteligentă (cu proprietăți variabile)
Se poate obține prin încorporarea în sticlă a unor materiale cromogene a căror caracteristică esențială este ca, sub influența unei variații a câmpului electric, a sarcinii electrice, a intensității luminoase, a compoziției spectrale a luminii sau a temperaturii materialului, acestea își modifică și caracteristicile termice sau optice.
În această categorie se încadrează:
Sticla fotocromică, care, sub acțiunea luminii ultraviolete își modifică proprietățile optice. Realizează un bun control al transmisiei luminoase, dar prezintă o performanță redusă în controlul aporturilor de energie solară.
Sticla termocromatică, care își modifică proprietățile de transmitanță și reflexie ca urmare a unui proces chimic inițiat de o schimbare a temperaturii.
Sticla termotropică, care își modifică proprietățile de transmitanță și reflexie ca urmare a unui proces fizic inițiat de o schimbare a temperaturii. Domeniul de aplicare a acestora se extinde pentru a controla supraîncălzirea și efectul de orbire.
Sticla cu cristale lichide: își schimbă orientarea cristalelor sub acțiunea unui câmp electric. Sub tensiune, orientarea este regulată și face ca sticla să fie transparentă iar în lipsa tensiunii orientarea este oarecare ceea ce face ca sticla transparentă sub tensiune să devină difuză.
Sticla cu particule dispersate: are principiul de funcționare similar cu cel al cristalelor lichide, dar folosesc în locul cristalelor ace de polyiodur, aflate în suspensie într-un gel sau un lichid organic.
Sticla electrocromică: la aceste geamuri intensitatea reflecției se adaptează în funcție de intensitatea luminii. Tehnologiile de realizare se bazează pe injectarea sau îndepărtarea de electroni și ioni care provoacă modificări de culoare/decolorări, cu efecte asupra intensității reflecției.
Așa cum s-a precizat mai sus problemele legate de iluminare și aporturi energetice prin suprafețele vitrate sunt legate între ele, iar cerințele utilizatorilor referitoare la modul de valorificare a energiei solare sunt variabile pe parcursul anului:
– iarna, se solicită maximizarea aporturilor solare, deci un maxim de transparență;
– vara, minimizarea acestora, dar cu iluminarea adecvată a spațiilor.
Vitrajele termogene răspund acestor cerințe divergente, așa cum se poate observa în figura de mai jos (figura 3.6.):
Fig. 3.6. Evoluția proprietăților optice în raport cu evoluția temperaturii pentru sticla termogenă
În fig. 3.7. sunt prezentate principalele combinații ale factorilor g-V pentru sticlele cromogene. Se poate observa faptul că la sticla termocromatică se poate obține cea mai bună combinație între cei doi factori optici.
Figura 3.7. Combinații posibile ale factorilor g-V pentru sticlele cromogene [34]
3.4. Sticla pentru fațadele dublu vitrate
Construcția fațadelor dublu vitrate presupune în cele mai multe cazuri utilizarea a două vitraje, unul pentru exterior și unul pentru interior, cu diverse configurații. Așadar compoziția și proprietățile sticlei utilizate au un rol determinant asupra transferului de căldură la nivelul întregului sistem.
Atunci când este utilizat sistemul cu fațadă ventilată dublu vitrată trebuie asigurat un optim în ceea ce privește calitățile optice și energetice ale sticlei. În sezonul cald trebuie reduse aporturile aporturile solare, în timp ce în sezonul rece acestea trebuie exploatate la maxim. Problema, în acest caz, este reprezentată de lipsa unei sticle care să asigure eficiențe maxime pentru ambele sezoane, astfel utilizându-se vitraje care asigură o funcționare optimă pe parcursul întregului an.
3.5. Sticla pentru panouri fotovoltaice
Cea mai comună tehnologie fotovoltaică se bazează pe celulele solare din siliciu cristalin. În acest caz, sticlă acționează ca un strat protector exterior, în acelasși timp realizează transmiterea luminii solare la celulele fotovoltaice interconectate dedesubt.
Alte tehnologii fotovoltaice, de exemplu BIPV, includ celule fotovoltaice cu film subțire în care celulele solare sunt depozitate ca o succesiune de filme subțiri pe sticlă. În cazul acestor tehnologii, se poate utiliza sticlă transparentă conductoare în zona frontală, pe care sunt amplasate filmele. Stratul conductiv permite luminei să ajungă pe filmele fotosensibile, dar, de asemenea, conduce electricitatea generată de module.
O nouă tehnologie de utilizare a energiei solare fotovoltaice este dezvoltată sub numele PVGU (Photovoltaic Glass Unit), sau geamuri fotovoltaice. Acestea pot înlocui cu succes geamurile termoizolante, având proprietăți termice bune (U = 1,35 W/m2K), produc energie electrică la randamente superioare soluției cu film subțire (12%) și asigură un anumit nivel de transparență. Aceste sisteme sunt formate din două suprafețe vitrate, una exterioară cu transparență foarte ridicată și cea interioară cu emisivitate redusă. În spațiul dintre cele două straturi de sticlă se introduc celulele fotovoltaice din siliciu cristalin, cu eficiență ridicată.
Capitolul 4 – Fațadele ventilate dublu vitrate
4.1. Generalități
Fațada ventilată dublu vitrată (FDV) reprezintă de fapt o îmbunătățire a fațadelor simple prin amplasarea la exteriorul clădirii la o anumită distanță a unui strat de sticlă,. În acest fel se creează un canal de aer între vitrajul existent și cel amplasat. Acest concept poate fi aplicat cu succes atât pentru clădirile existente, cât și pentru clădirile noi.
4.2. Componentele FDV
Principalele elemente componente ale fațadelor dublu vitrate sunt prezentate în fig.4.1. În fig. 4.1.a. se prezintă varianta de fațadă ventilată natural, iar în fig. 4.1.b. cazul ventilării mecanice.
a) ventilare naturală b) ventilare mecanică
Fig. 4.1. Elementele componente ale FDV [8]
Elementele din figură au următoarele semnificații:
1 – vitraj exterior;
2 – vitraj interior;
3 – canal de aer;
4 – dispozitive din interiorul canalului;
5 – secțiuni de intrare și ieșire;
6 – conductă de refulare.
Aceste componente de bază pot produce diferite configurații ale sistemului de bază, astfel putând rezulta diverse soluții privind estetica până la cele privitoare la acustică [9].
4.2.1. Vitrajele
Vitrajele trebuie împărțite în două categorii: exterioare și interioare. Canalul de aer format reprezintă o izolare termică, astfel încât atunci când un strat este dublu vitrat celălalt poate fi vitraj simplu. Se pot lua în considerare sticlele cu selectivitate spectrală sau colorate împreună cu alte posibilități de umbrire. Vitrajele pot fi cu selectivitate unghiulară, acestea fiind specifice mai ales clădirilor cu nevoi importante de iluminare cum ar fi librăriile sau laboratoarele. Unghiul ales pentru textura sticlei permite maximul de iluminare și o reducere a aporturilor de căldură. De asemenea, integrarea panourilor fotovoltaice în fațada clădirilor a devenit din ce în ce mai populară, deoarece poate veni cu diverse grade de transparență, umbrire și producere de energie electrică simultan.
4.2.2. Dispozitivele de umbrire
Dispozitivele de umbrire pot fi jaluzele sau storuri amplasate în cavitate, controlate automat, manual sau hibrid. Energia solară transmisă jaluzelelor sau storurilor coborâte va fi absorbită în aerul din cavitate și evacuată în exterior prin efectul de șemineu sau ventilare mecanică. Această curgere constantă a aerului reprezintă o zonă tampon față de mediul exterior. Poziția dispozitivelor de umbrire reprezintă o problemă importantă și care necesită atenție sporită deoarece acestea trebuie să fie apropiate de vitrajul exterior, pentru a reduce transferul căldurii spre vitrajul interior. În același timp dispozitivele de umbrire trebuie să se afle la o distanță optimă față de vitrajul exterior, pentru a permite circulația aerului pe ambele fețe ale lor.
Sistemul de umbrire reprezintă componenta fațadelor cel mai ușor de controlat automatic. Cea mai eficientă soluție este reprezentată de integrarea automatizării lor în sistemul de management al clădirii (BMS).
4.2.3. Canalul fațadei
Lățimea canalului de aer poate varia de la câțiva centimetri până la câțiva metri (în cazul atriumurilor). Dimensiunea este de multe ori proporțională cu posibilitatea mentenanței. Curgerea continuă a aerului în canal funcționează ca o barieră izolatoare împotriva mediului exterior.
4.2.4. Ventilarea canalului
Nevoile privind ventilarea depind de volumul necesar și de viteză. Prin urmare, viteze scăzute ale aerului necesită mai multe deschideri pentru ventilare. În clădirile în care ocupanții nu trebuie deranjați de curenții de aer, volumele de aer necesare pot fi suplimentate prin crearea mai multor deschideri de ventilare, fără a crea curenți de aer puternici. Pentru fațadele convenționale, mai multe deschideri înseamnă costuri mai marei pentru preîncălzirea aerului proaspăt. Pentru fațadele dublu vitrate, deschiderile pot fi închise pentru a permite radiației solare să încălzească aerul din canal.
4.2.5. Amplasarea deschiderilor
Cea mai utilizată configurație este aceea în care secțiunile de intrare și ieșire ale aerului sunt amplasate de aceeași parte a fațadei. Acest amplasament este utilizat în general pentru canalele separate orizontal și vertical. În acest caz, fiecare canal, este independent de canalele adiacente. De cele mai multe ori, această configurație permite evitarea propagării laterale a undelor acustice.
Această dispunere a secțiunilor de intrare și ieșire se pretează cel mai bine clădirilor mari. Deși are mai multe beneficii, această configurație poate prezenta în același timp și unele probleme greu de neglijat. De exemplu poate genera uneori probleme de supraîncălzire, deoarece aerul cald evacuat din canal se poate reintroduce în canalul de la etajul superior. De asemenea, suprapresiunea ce poate apărea în canalele superioare va crea probleme la deschiderea ferestrelor interioare, și cauza disconfort. Pentru a evita aceste probleme, este recomandat ca intrările și ieșirile să fie decalate.
Pentru fațadele ventilate dublu-vitrate cu canale neseparate, ventilarea este în general asigurată prin deschideri mari la nivelul primului planșeu inferior (pentru intrarea aerului) și la nivelul următorului planșeu. În timpul iernii se recomandă ca deschiderile să fie închise pentru a crește efectul de seră creat în interiorul canalelor. În ceea ce privește sezonul cald, temperatura în canale poate atinge valori ridicate, mai ales la nivelele superioare. În acest caz, sistemul HVAC trebuie să fie corect dimensionat pentru a asigura temperatura de confort în interiorul clădirii.
O altă variantă pentru evitarea problemelor de supraîncălzire constă în utilizarea unei conducte pentru evacuarea aerului cald de la diferitele canale ale fațadelor. Aceasta permite limitarea interacțiunilor între fațadele a două etaje consecutive, pe de o parte și creșterea efectului de seră pe de altă parte.
4.3. Clasificarea fațadelor dublu vitrate
La momentul actual există o mare varietate de posibilități de realizare a acestui tip de fațade. În literatura de specialitate sunt prezentate mai multe criterii de clasificare și definiții ale acestui concept, în funcție de autori și de țările în care se utilizează aceste sisteme.
Principalele criterii după care se realizează clasificarea FDV sunt: originea aerului din canal, tipul de ventilare din canalul fațadei, compartimentarea fațadei, dimensiunile canalului, prezența sau absența protecțiilor solare și tipul acestora.
În funcție de modalitatea de ventilare se deosebesc: ventilare interioară, ventilare exterioară, admisie interioară, evacuare exterioară și canal etanș/tampon de aer (fig. 4.2.).
Fig. 4.2. Modalități de ventilare ale FDV
Safer [10] prezintă o clasificare a fațadelor după grosimea canalului dintre vitraje: neaccesibile (0…50 cm), accesibile (50…200 cm) și atriumuri (grosimi peste 200 cm). În fig. 4.3. sunt prezentate imagini pentru cele trei grosimi de canal.
Din punct de vedere al ventilării aerului din interiorul canalului, aceasta se poate realiza natural, mecanic sau hibrid. Cunoașterea tipului de ventilare este importantă mai ales pentru determinarea tipului de curgere, care este utilizat în calculul transferului convectiv. Avantajul ventilării mecanice constă în independența de condițiile atmosferice, precum vântul sau diferența de presiune dintre mediul interior și exterior. De asemenea, un alt avantaj al ventilării mecanice constă în controlabilitatea și continuitatea curgerii aerului. De cele mai multe ori, ventilarea mecanică se realizează prin integrarea în sistemul HVAC, dar pot exista și situații în care sunt utilizate mici ventilatoare locale.
a) b) c)
Fig. 4.3. a) fațade inaccesibile; b) fațade accesibile; c) atriumuri
O clasificare în funcție de compartimentarea fațadei este prezentată de Saelens în [8]. Astfel, dacă fațada se extinde pe întreaga înălțime și lățime a clădirii termenul de fațadă este adecvat. Atunci când fațada este divizată în mai multe unități mai mici, se pot defini trei categorii principale. Dacă partiționarea constă în canale verticale, se adoptă denumirea de fațadă tip coloană. Când partiționarea se face pe orizontală, se utilizează în mod uzual denumirea de coridor.
Fig. 4.4. Compartimentarea fațadelor dublu vitrate [6]
În fig. 4.4. sunt prezentate cele cinci tipuri de fațade în funcție de compartimentare:
1 – fațadă;
2 – coloană;
3 – coridor;
4a – fereastră;
4b – cutie.
În cazul în care compartimentarea se face atât pe orizontală cât și pe verticală, fațada dublu vitrată este de tip fereastră sau cutie. Termenul de fereastră este utilizat pentru sistemele în care ferestrele funcționează efectiv ca fațade dublu vitrate. Termenul de cutie este întâlnit adesea pentru anvelopele transparente în întregime cu partiționare atât orizontală cât și verticală.
Un alt aspect important în utilizarea fațadelor dublu vitrate și cu un rol determinant asupra eficienței acestora este reprezentat de protecțiile solare. Prezența protecțiilor solare de diferite tipuri influențează de asemenea comportamentul termodinamic al fațadei. După cum sugerează și denumirea, rolul principal este acela de a limita aporturile solare, atunci când acestea reprezintă un efect negativ asupra consumului de energie. De asemenea protecțiile solare sunt utilizate și pentru reglarea iluminării naturale pe parcursul unei zile.
Există o mare varietate de protecții solare, iar principalele categorii sunt: perdelele verticale, jaluzelele și rulourile. În literatura de specialitate există diverse studii privind tipul de protecții solare recomandate. Din punct de vedere al poziției protecțiilor solare față de fațadă acestea pot fi amplasate la exterior, în interiorul canalului sau în interiorul clădirii.
Un studiu detaliat cu privire la poziția protecțiilor solare în interiorul canalului (spre vitrajul exterior, în centru sau spre vitrajul interior) este realizat de N. Safer în [11].
Pentru o funcționare optimă a sistemului cu FDV este recomandată utilizarea unor canale mai înguste pe perioada iernii (ceea ce ar duce la o creștere a temperaturii aerului din canal). Pe de altă parte, în sezonul cald cel mai important aspect este acela de a asigura o protecție cât mai bună împotriva radiației solare, iar la momentul actual studiile referitoare la dimensiunea optimă sunt încă în desfășurare. Această problemă este determinată de încălzirea diferită a protecțiilor solare din interiorul canalului în funcție de dimensiunile acestuia.
4.4. Avantajele și dezavantajele utilizării fațadelor dublu vitrate
De la apariția conceptului de fațadă dublu vitrată, spre sfârșitul secolului XIX, până la momentul actual, s-au dezvoltat diverse tehnologii și materiale care au rolul de crea un număr din ce în ce mai mare de avantaje și de a reduce dezavantajele utilizării acestui sistem. O tendință accelerată de îmbunătățire și de implementare pe scară mai mare a FDV s-a constatat cu precădere în ultimele două decenii.
Scopul principal al fațadelor dublu vitrate a fost dintotdeauna acela de a reduce supraîncălzirea spațiilor interioare pe perioada verii și de reducere a pierderilor de căldură pe timpul iernii, comparativ cu fațadele simple. Alte avantaje pe care FDV le aduc sunt:
– crearea unei zone termice tampon;
– protecția împotriva vântului, chiar și atunci când ferestrele sunt deschise;
– protecția împotriva propagării focului;
– estetică și confort vizual;
– preîncălzirea, cu ajutorul energiei solare, a aerului din instalația de ventilare;
– protecția împotriva zgomotului;
– răcire pe timpul nopții;
– posibilitatea amplasării de panouri fotovoltaice;
– utilizarea luminii naturale;
– posibilități diverse de umbrire;
– economie de energie;
– protecție superioară împotriva efracției;
– diverse posibilități de design pentru arhitecți.
Trebuie menționat faptul că aceste avantaje au un impact variabil în funcție de poziționarea geografică a construcției și de asemenea de orientarea acesteia. De exemplu, un număr mare de clădiri, din țările din vestul și centrul Europei, sunt echipate cu astfel de sisteme. Pentru clima din această zonă a continentului, cu ierni mai blânde și veri în care nu se ating temperaturi extreme, implementarea fațadelor dublu vitrate este recomandată și are efecte optime atât pe perioada sezonului rece cât și pentru sezonul cald.
Integrarea sistemului cu fațadă dublu vitrată poate fi foarte eficientă energetic, dar pot exista și cazuri în care o implementare nereușită a acestuia să aibă mai mult efecte negative decât beneficii. Principalele dezavantaje legate de utilizarea FDV sunt de ordin tehnologic, economic și legislativ:
– dependența de condițiile meteo, în cazul utilizării ventilării naturale;
– posibilități reduse de filtrare a aerului, în cazul utilizării ventilării naturale;
– costuri de investiție mari;
– costuri mari de execuție și mentenanță;
– reducerea suprafeței utile;
– apariția condensului;
– riscul de transmitere a sunetelor între birouri prin intermediul ferestrelor deschise;
– costuri legate de menținerea igienei și a curățeniei;
– lipsa unui act normativ care să reglementeze proiectarea, execuția și exploatarea acestor sisteme;
– posibilități limitate de cuantificare a eficienței odată ajunse în exploatare;
– nivel de cunoștințe inginerești aflat încă la un nivel scăzut, în ceea ce privește intervențiile în caz de funcționare defectuoasă sau ineficientă.
O mare parte din aceste dezavantaje se pot înlătura, prin intervenții atât la nivel tehnologic și legislativ. Astfel, înainte de utilizarea sistemului, trebuie realizat un studiu de fezabilitate specific, urmat de o proiectare, execuție și exploatare atentă. La nivel european există deja câteva proiecte de realizare a unui act normativ dedicat doar fațadelor dublu vitrate. De asemenea, o dezvoltare a programelor de calcul necesare predicției comportamentului acestor sisteme poate fi remarcată.
Un aspect pozitiv ar putea fi reprezentat de utilizarea la scară mai mare pentru clădirile din sistemul public cum ar fi instituțiile de învățământ, sedii de birouri etc. Realizarea unor ghiduri de proiectare și modele de calcul necesare în proiectare, precum și stabilirea unor direcții de cercetare pe termen scurt și mediu ar putea aduce beneficii în ceea ce privește îmbunătățirea performanțelor FDV și implicit a clădirilor.
Capitolul 5 – Posibilități de amplasare a panourilor fotovoltaice în structura fațadelor dublu vitrate
5.1. Panouri fotovoltaice aplicate pe fațadă
Această tehnică este cunoscută în literatura de specialitate sub denumirea de BAPV (Building Applied Photovoltaics) – panouri fotovoltaice aplicate pe clădiri (fațadă).
Tehnologia este utilizată pentru clădirile construite și aplicarea panourilor fotovoltaice se realizează peste materialele de construcție existente.
Fig. 5.1. Exemplu de fațadă cu tehnologia BAPV [35]
5.2. Panouri fotovoltaice integrate în fațadă
Această tehncă este denumită în literatura de specialitate BIPV (Building Integrated Photovoltaics) – integrarea panourilor fotovoltaice în elementele clădirii în faza de proiectare.
Soluțiile sunt diverse, pe piață există la ora actuală panouri fotovoltaice semitransparente, opace sau de diverse culori.
Fig. 5.2. Exemplu de fațadă cu tehnologia BIPV [36]
O altă thenologie dezvoltată în același sens poartă denumirea de PVGU (Photovoltaic Glass Unit) – utilizarea geamurilor fotovoltaice.
Aceste sisteme au eficiență de conversie ridicată și un coeficient de aport solar scăzut.
Fig. 5.3. Principiul de funcționare al PVGU [37]
Fig.5.4. Exemplu de fațadă ce utilizează PVGU [38]
5.3. Panouri fotovoltaice utilizate cu rol suplimentar, de umbrire
Atunci când sunt folosite și cu rol de umbrire, panourile fotovoltaice pot fi amplasate la exteriorul fațadei, în interiorul canalului sau pe vitrajul interior.
Fig. 5.5. Utilizarea panourilor fotovoltaice cu rol de umbrire [39]
5.4. Studiul tehnologiei BIPV
5.4.1. Generalități
Prin integrarea de panouri fotovoltaice în structura fațadei unei clădiri duce la crearea unui așa numit perete activ sau fațadă activă. Principiul utilizării energiei solare pentru a reduce consumurile energetice ale clădirii a fost implementat prima dată sub denumirea de perete Trombe-Michel, creat de E.I. Morse în anul 1882. Acesta a fost realizat prin plasarea unei benzi metalice în spatele unui strat de sticlă astfel încât radiația solară să genereze căldură atunci âcnd bate pe piesa metalică neagră.
Ideea de perete solar a fost popularizată în anii ’70, când F. Trombe și J. Michel au reintrodus ideea de pereți activi. Pereții Trombe-Michel sunt uneori cunoscuți sub denumirea de pereți de acumulare, pereți colectori de acumulare sau pereți solari.
Prin integrarea panourilor fotovoltaice în fațadele bublu vitrate se pot realiza fațade calde (fig. 5.6.) sau fațade reci (fig. 5.7.).
Fig. 5.6. Fațadă caldă [18]
Fig. 5.7. Fațadă rece [18]
5.4.2. Utilizarea panourilor fotovoltaice cu rol dublu BIPV/T
Economia de căldură ce poate fi realizată prin sistemele BIPV/T, sub formă de aer cald, pot fi de multe ori mai mari decât generarea de electricitate. Pentru sistemele de încălzire cu aer cald, aerul din canal este preîncălzit atunci când curge în apropierea panoului fotovoltaic și poate fi utilizat în interiorul clădirii ca sursă de aer proaspăt. De asemenea, pe timpul verii, când această căldură nu este necesară, poate fi eliminată în exterior prin intermediul canalului fațadei. Deși sistemele bazate pe apă sunt posibile, acestea nu sunt utilizate momentan, din cauza complexității ridicate [17].
Tehnologia BIPV/T este una avantajoasă deoarece se utilizează simultan conversia electrică și termică a energiei solare. Studiile (Liao et al., 2007) au demonstrat că atunci când conversia electrică este în scădere, datorită temperaturilor în creștere, eficința conversiei termice atinge valori de 50…70%. Combinarea acestor fenomene într-o singură entitate este avantajoasă deoarece fiecare poate intensifica efectul celeilalte. În orice sistem solar, un strat suplimentar de absrobție a energiei solare, cum ar fi un panou fotovoltaic, contribuie la aporturi solare superioare, în timp ce ventilarea forțată în apropierea panoului fotovoltaic poate scădea temperatura acestuia și crește eficiența de conversie electrică.
5.4.3. Modelarea clădirilor cu sistem BIPV
Un exemplu de modelare a clădirilor cu panouri fotovoltaice integrate este prezentat în [19]. Pentru analiza performanței termice a unei astfel de clădiri s-a realizat un model termic dinamic ce incorporează o fațadă fotovoltaică și colectori solari. Acest model al clădirii a fost realizat cu ajutorul programului de simulare TRNSYS și s-a demonstrat a fi precis.
Modelul termic complet este alcătuit din trei componente principale: fațada ventilată, cu panouri fotovoltaice; captatorul solar plat; și model de clădire monozonal.
Capitolul 6 – Efectul de răcire ai curenților de aer din canalul fațadei
6.1. Generalități
În cazul amplasării panourilor fotovoltaice la interiorul canalului fațadei dublu vitrate, se poate gestiona avantajul răcirii acestora prin intermediul curenților de aer formați în canal. Pentru această configurație panourile fotovoltaice pot asigura umbrirea spațiului interior atunci când este necesar sau pot fi utilizate panouri semitransparente. În același timp acestea sunt protejate față de factorii externi. De asemenea, se poate asigura o mentenanță superioară și o înlocuire facilă, fiind mai puțin costisitoare.
6.2. Regimul termo-aeraulic în interiorul canalului FDV
Transferul de căldură în fațadele ventilate mecanic cu panouri fotovoltaice integrate este guvernat de convecție și radiație cu lungime de undă mare. Curgerea se realizează de obicei la viteze mici, între două suprafețe paralele, cu sau fără obstacole cum ar fi protecțiile solare. Principiile fizice aplicate în fațadele ventilate mecanic sunt identice celor din instalațiile de ventilare interioară. Majoritatea ipotezelor de curgere și procedurilor utilizate la curgerea în medii interioare se aplică și pentru simularea curgerii aerului în cazul BIPV. (Chen, 1995, and Posner et al., 2003).
Regimul de curgere recomandat în modelarea curgerii aerului este cel turbulent (Safer et al., 2005, Moshfegh and Sandberg, 1996, and Zollner et al., 2002), deși în unele lucrări sunt prezentate și modele de curgere laminară (Mootz 17 and Bezian, 1996, and Brinkworth, 2002).
Modelarea numerică a sistemului BIPV reprezintă o sarcină foarte complexă datorită prezenței unor cupluri de mecanisme de transfer de căldură (Infield et al., 2004, and Salenes, 2002). Astfel, pot fi prezente în același timp regimurile laminar și turbulent, convecția liberă sau forțată (sau mixtă), radiația cu lungime de undă lungă și scurtă. Prin urmare, un model de succes trebuie să fie capabil să modeleze cu succes toate aceste modalități de transfer de căldură. Pe lângă complexitatea metodei prezentate, modelarea numerică a sistemului poate fi dificilă datorită dificultății modelării fenomenelor locale, cum ar fi efectele vântului.
Deși utilizarea fațadelor ventilate are o creștere evidentă, mai ales în țările europene, trebuie ținut cont de limitările acestora, mai ales în cazul celor ventilate natural. De exemplu, pentru aceeași confiugurație a sistemului, economia de energie pentru încălzire atinge valori de 12% în Barcelona în timp ce în Stuttgart nu atinge decât 2% (Mei et al., 2003). Conform [17] fațadele ventilate mecanic sunt superioare celor ventilate natural, deoarece acestea asigură debite de aer mai mari și economie de energie.
Capitolul 7 – Parametrii climatici exteriori și parametrii
confortului interior
7.1. Parametrii climatici exteriori
Parametrii climatici utilizați în domeniul energeticii clădirilor sunt [27]:
– Temperatura aerului exterior, în °C;
– Umiditatea relativă a aerului exterior, în %;
– Intensitatea radiației solare, în W/m2;
– Viteza vântului, în m/s.
Temperatura aerului exterior este temperatura aerului dată de termometrul uscat, măsurată conform metodologiei stabilite de Organizația Mondială de Meteorologie (WMO).
În funcție de scopul urmărit (evaluarea performanței energetice a clădirii, dimensionarea instalației de încălzire sau climatizare) și de metoda de calcul utilizată (cu pas de timp orar, lunar sau sezonier), temperatura aerului exterior se exprimă prin:
– Valori medii orare în anul climatic reprezentativ (an tip);
– Valori medii lunare;
– Valori convenționale.
Umiditatea relativă a aerului exterior se determină ca raport între presiunea vaporilor de apă din aerul umed și presiunea de saturație a vaporilor la aceeași temperatură.
Pe lângă umiditatea relativă, pentru caracterizarea stării aerului umed se pot utiliza umiditatea absolută (Uabs) și temperatura punctului de rouă (tR), parametri determinați cu următoarele relații:
Temperatura punctului de rouă:
unde:
te – temperatura aerului exterior, în °C;
U – umiditatea relativă a aerului, în %.
Umiditatea absolută:
unde:
tR – temperatura punctului de rouă, în °C.
Intensitatea radiației solare reprezintă fluxul radiant pe suprafață generat prin receptarea radiației solare pe un plan având o înclinare și orientare oarecare. În funcție de condițiile de receptare, intensitatea radiației solare poate fi: totală, directă, difuză, reflextată, globală.
Viteza vântului de referință este definită ca fiind viteza vântului măsurată la o înălțime de 10 m deasupra nivelului solului, în câmp deschis, fără obstacole în imediata apropiere și se calculează ca valoare medie, pe o perioadă de la 10 minute până la o oră, a valorilor instantanee.
Parametrii climatici exteriori utilizați în calcule sunt prezentați pe larg în STAS 6648/2-82 atât pentru situația de iarnă cât și pentru cea de vară.
7.2. Parametrii confortului interior
7.2.1. Componentele fundamentale ale confortului [20]
Reducerea consumului energetic în clădiri, este una dintre principalele direcții actuale de cercetare în domeniul construcțiilor. O parte importantă a consumului energetic casnic este necesar pentru realizarea, în spațiile de locuit, a parametrilor microclimatului interior.
Deoarece majoritatea oamenilor desfășoară 80…90% din viață în clădiri, iar acestea au ca scop satisfacerea cerințelor obiective și subiective legate de funcțiile vitale ale omului, spațiile închise trebuie să asigure:
– posibilitatea efectuării cu eficiență maximă atât a muncii fizice cât și a celei intelectuale;
– posibilitatea efectuării unor activități de recreere, odihnă și somn în condiții optime.
Elementele care definesc confortul termic al unei încăperi sunt:
temperatura aerului (ti);
umiditatea relativă a aerului (ji);
viteza cu care se mișcă aerul în interiorul încăperii (vi);
temperatura pe suprafața interioară (qi) a elementelor de construcții (pereți, plafon,
pardoseală etc.).
Modul în care sunt percepuți acești parametri de ocupanții unei încăperi este subiectiv și este diferit în funcție de: vârstă, starea de sănătate, îmbrăcămintea purtată în interior, activitatea pe care o desfășoară etc.
Cerința cea mai importantă, a unei locuințe corespunzătoare din punctul de vedere al confortului termic, este ca, indiferent de anotimp și de condițiile climatice exterioare, să asigure un microclimat interior, în care elementele care definesc confortul (Ti, ji, vi, qi) să se păstreze în limitele optime.
Proiectarea spațiilor închise ținând seama de condițiile menționate mai sus, este o problemă complexă ce poate fi rezolvată prin acțiunea simultană a mai multor factori tehnici, sociali, psihologici și ergonomci. În principal, trebuie să se țină seama de tendințele actuale de raționalizare a consumurilor energetice, care, în majoritatea cazurilor, au influențe negative care conduc la valori necorespunzătoare din punct de vedere al confortului.
Astfel, proiectarea unei clădiri, respectiv a microclimatului interior al acesteia trebuie să fie rezultatul unui calcul de optimizare multicriterială, având în vedere confortul (tehnic și psihologic) și economia de energie.
Noțiunea de confort tehnic cuprinde toți parametrii realizați și controlați cu instalații, care influențează direct dispoziția omului și acționează asupra simțurilor acestuia, cum ar fi: confortul termic, acustic, olfactiv și vizual.
Perceperea și aprecierea elementelor de bază ale confortului de către om sunt influențate atât de unii factori psihologici cât și de evoluția și echilibrul psihologic al omului. Psihicul omului depinde și de factori independenți cum ar fi: vârsta, sexul etc., care influențează și aprecierea nivelului de confort tehnic. Astfel poate apare senzația de plăcut ca optimul rezultant al parametrilor de confort tehnic și psihologic (fig. 7.1).
Fig. 7.1. Parametrii care determină senzația de confort [24]
Confortul reprezintă senzația subiectivă ce apare în corpul uman pe baza acțiunii complexe a unor parametrii fizici și psihici.
Confortul subiectiv al persoanelor dintr-un spațiu închis depinde de foarte mulți factori, care pot fi grupați astfel (conform principiului lui Blanchere):
temperatură;
umiditate și circulație a aerului;
miros și respirație;
pipăit și atingere;
factori acustici;
văz și efecte ale culorilor;
vibrații și mișcări ale clădirii;
factori speciali (aporturi solare, ionizație);
factori de siguranță;
factori legați de programul zilnic;
pericole neprevăzute;
factori economici.
7.2.2. Confortul termic
Prin factori de confort termic se înțelege acel grup de factori legați de ambientul termic. Confortul termic fiind determinat în sine de următorii parametrii:
– temperatura aerului interior;
– temperatura medie de radiație a suprafețelor delimitatoare;
– umiditatea relativă a aerului interior, respectiv presiunea parțială a vaporilor de apă în aer;
– viteza aerului interior;
– producția de căldură a corpului uman, căldura cedată, termoreglarea;
– rezistența termică a îmbrăcăminții și influența acesteia asupra evaporării.
Dintre acești factori, primii patru sunt parametrii fizici, iar ceilalți doi sunt legați de capacitatea de acomodare a corpului uman în vederea menținerii echilibrului termic, influențat la rândul său de doi factori de bază:
1) căldura produsă de corp, care depinde în primul rând de activității depuse, de vârstă, sex etc.;
2) căldura cedată de corp, care depinde de îmbrăcăminte, dar și de ceilalți parametrii enumerați anterior.
Senzația de confort termic se definește ca fiind acea stare conștientă care exprimă satisfacție (mulțumire) față de ambientul termic existent și a cărei evaluare se realizează cu ajutorul scării subiective de confort cu șapte sau opt nivele (fig. 7.2.): +3 (foarte cald); +2 (cald); +1 (ușor cald); 0 (neutru); -1 (răcoare); -2 (rece); -3 (frig).
Fig. 7.2 Senzația de confort termic – [25]
Calculul confortului termic într-o încăpere se efectuează pe baza indicilor PMV (opțiunea medie previzibilă de confort termic) și PPD (procentajul previzibil de insatisfacție). Conform prescripțiilor ISO-7730 valoarea PMV trebuie să fie între +0,5 și –0,5.
7.2.3. Confortul olfactiv
Perceperea mirosurilor nu este un proces spontan, ea având loc doar la respirație intensă a aerului, când viteza acestuia este de 2…4 ori mai mare decât în cazul respirației normale.
Condiția realizării metabolismului corpului uman într-un spațiu închis este preluarea de oxigen (O2) și cedarea de dioxid de carbon (CO2). În urma procesului de respirație aerul ajunge prin căile respiratorii superioare și inferioare în plămâni. Oxigenul este transportat de la plămâni la țesuturi prin sânge, care transportă înapoi dioxidul de carbon, care este expirat (tab. 7.1).
Tabelul 7.1. Debitul de CO2 expirat
Concentrația de CO2, în aerul exterior este de 300…400 ppm (cm3/m3), iar în aerul din locuințe este de cca. 900 ppm. Limita maxim admisibilă a concentrației de CO2 în aerul inspirat este de 1000 ppm (numărul lui Pettenkofer). Efectele nocive ale CO2 asupra corpului uman sunt prezentate în fig. 7.3.
Fig. 7.3. – Principalele simptome cauzate de CO2 [26]
Nivelul de excitație față de unele mirosuri este foarte redus, organul olfactiv având o caracteristică importantă și anume, aceea de adaptare, după un anumit timp datorită perceperii continue intensitatea senzației de miros scăzând (fig. 7.4.).
Fig. 7.4. Scăderea intensității senzației de miros în timp
Unul dintre factorii care reduc senzația de confort olfactiv, îl constituie fumul de țigară, care are efecte asupra nasului, ochilor, fiind totodată și un factor de risc pentru diferite boli. Pentru anihilarea senzațiilor negative create de fumul unei țigări sunt necesari 100 m3 aer proaspăt, odată cu fumul de țigară în aer ajungând și monoxid de carbon (CO). Valorile maxime admise ale concentrației de CO, date de prescripțiile internaționale, sunt de 10 mg/m3 în locuințe și 20 mg/m3 în bucătării și spații anexe. Fumatul influențează în mod hotărâtor conținutul de CO al aerului expirat (tab.7.2).
Tabelul 7.2. Valori medii ale concentrației de CO în aerul expirat
7.2.4. Confortul acustic
Un alt element de bază care contribuie la realizarea confortului general într-un spațiu închis este confortul acustic. Trebuie să se facă diferența între sunet și zgomot. Sunetul, poate fi definit în funcție de sensul de interpretare:
– dacă este considerat un fenomen fizic, atunci acesta reprezintă vibrația elementară a materiei elastice care se propagă în mediul de transport sub formă de undă;
– poate fi definit ca fiind excitația externă a organului auditiv al vietăților, care conduce la diverse reacții din partea acestora;
– dacă se consideră efectul estetic și de înțeles, sunetul are un conținut de informație sub formă codificată, pe care creierul o decodifică, iar perceperea corectă a sunetului influențează hotărâtor confortul uman.
Elementul principal al relațiilor între oameni este vorbirea, iar orice moment care deranjează înțelegerea vorbirii creează nesiguranță și, odată cu aceasta, inconfort.
Zgomotul pate fi definit astfel ca fiind acele efecte ale sunetului, percepute negativ de către om, diferența dintre zgomot și sunet o face omul prin interpretarea acordată.
Limitele admise ale nivelului de zgomot echivalent interior, pentru diferite funcțiuni, corespunzător prescripțiilor STAS-ului 6156 și Standardului European CEN 1752 sunt prezentate în tabelul 7.3.
Tabelul 7.3. Limita admisă a nivelului de zgomot interior conform STAS 6156 și CEN 1752
7.2.5. Confortul vizual
Viața umană este în strânsă legătură cu ambientul vizual, deoarece informațiile sunt percepute într-o proporție de 90% pe cale vizuală, iar activitatea este și ea legată de văz în majoritatea cazurilor.
Confortul vizual este starea conștientă, care apare datorită acțiunilor fiziologice și psihologice, ce exprimă satisfacția față de mediul ambiant.
Mediul ambiant vizual într-un spațiu închis apare dacă acesta este iluminat și are două componente:
încăpere delimitată de suprafețe opace sau transparente (componenta pasivă);
lumina, care face vizibilă încăperea (componenta activă)
Omul percepe doar lumina care ajunge la ochi, văzul exact însemnând și perceperea corectă a culorilor. Acestea sunt considerate ca fiind corespunzătoare dacă ele coincid cu culorile percepute la lumină naturală, de unde rezultă nevoia iluminatului natural prin ferestre, luminatoare etc.
Confortul vizual reprezintă concordanța dintre iluminat și calitatea luminii, caracterizată de culoarea luminii sau de temperatura acesteia.
Din punctul de vedere al redării culorilor, confortul vizual poate fi analizat pe baza diagramelor Kruithoff, care reprezintă variația iluminării E în planul de lucru, cu temperatura luminii T (fig.7.5.) [21].
Fig. 7.5. Diagramele Kruithoff
Din analiza acestor diagrame, rezultă că o sursă de lumină cu temperatura T* poate crea diferite senzații observatorului în funcție de valoarea iluminării:
pentru E<Ea*, iluminatul este perceput ca fiind rece;
pentru Ea*< E< Ef*, sunt îndeplinite condițiile confortului vizual;
pentru E> Ef*, iluminatul este perceput ca fiind nenatural (deranjant).
Pentru o valoare dată a iluminatului E**, senzația vizuală subiectivă creată depinde de temperatura luminii:
la TI – iluminat nenatural;
la TII – confort vizual;
la TIII – iluminat rece.
7.3. Factorii confortului termic
Realizarea confortului în clădiri, presupune cunoașterea unui complex de factori care definesc confortul în ansamblu și care pot fi grupați în factori higrotermici (temperatură și umiditate).
Noțiunea de confort termic are un caracter subiectiv, ea depinzând de comportamentul fiecărui individ în raport cu mediul ambiant.
S-a constatat o corelație între confortul termic și parametrii microclimatului (temperatura aerului ti, temperatura medie de radiație qmr, umiditatea relativă ji, viteza de mișcare a aerului vi).
7.3.1. Parametrii microclimatului interior
a) Temperatura aerului interior. Condiția ca în încăperi să se realizeze un confort termic corespunzător este ca la o anumită temperatură a aerului interior ti să se realizeze o temperatură medie optimă a suprafețelor delimitatoare pentru realizarea unui schimb normal de căldură prin radiație între corpul uman și mediul ambiant.
Criteriul de confort termic în clădiri poate fi ilustrat printr-o relație grafică (fig. 7.6.) între temperatura aerului din încăpere, temperatura aerului exterior și temperatura peretelui, rezultând că valoarea medie a temperaturii aerului interior poate fi cuprinsă între 17 și 24°C pentru realizarea unui confort termic corespunzător în încăperi, conform reglementărilor în vigoare din România [22].
Fig.7.6. Realizarea confortului termic funcție de temperatura interioară, temperatura exterioară și temperatura peretelui
b) Temperatura medie de radiație(qmr) reprezintă temperatura medie ponderată a suprafețelor delimitatoare (pereți, pardoseli, tavane, corpuri de încălzire etc.) ale încăperii, iar temperatura resimțită (operativă sau de confort) tc poate fi considerată ca medie aritmetică a temperaturii ti și qmr [23].
Fig.7.7. Diagrama de confort în funcție de temperatura aerului interior, de temperatura medie de radiație și de temperatura resimțită.
Din grafic rezultă că temperatura ti poate fi aleasă între 19 și 23°C, în condițiile în care temperatura qmr are valori echivalente cuprinse între 16 și 25°C, cu respectarea corelației dată de zona hașurată și anume: la creșterea lui ti trebuie să scadă qmr și invers.
c) Umiditatea relativă a aerului interior. Formele sub care acționează apa asupra clădirilor și a materialelor de construcții pot fi menționate astfel:
– apa din teren acționează prin presiune sau prin ascensiune capilară asupra anvelopei clădirilor;
– apa meteorologică, sub forma intemperiilor (ploaie, zăpadă), acționează asupra elementelor de închidere ale clădirilor (acoperiș, pereți exteriori);
– apa inițială de construcție rezultă în urma procesului de punere în operă a clădirii (turnări de beton, tencuieli umede etc.) acționează în masa elementelor de construcție;
– apa de exploatare rezultă din procesul funcțional-tehnologic care se desfășoară în clădiri (băi, bucătării, laboratoare etc.);
– apa higroscopică derivă din umiditatea aerului interior și exterior, funcție de structura fizică a materialului de construcție;
– apa de condens rezultă în urma condensării vaporilor de apă pe suprafața și în masa elementelor de construcție exterioare (pereți de închidere, terase, planșee de pod etc.);
– apa de natură biologică rezultă din procesele de respirație și de evaporare a apei de pe suprafața pielii omului.
Umiditatea aerului interior poate fi exprimată prin:
– umiditatea absolută xi, definită prin masa apei conținută într-un volum de aer, iar pentru o temperatură și o presiune dată, umiditatea absolută este limitată de la o valoare maximă numită umiditate de saturație xs, a cărei valoare este influențată de valoarea temperaturii din încăpere (fig.7.8.);
Fig.7.8. Diagrama de confort umiditate absolută – temperatura aerului interior
– umiditatea relativă a aerului interior ji, reprezintă raportul între umiditatea absolută și cea de saturație și are valori cuprinse între 50 și 90%, în funcție de destinația încăperilor și de modul de ventilare a acestora. Valorile optime ale umidității relative a aerului în încăperile clădirilor civile și social-culturale sunt de 55…65%, funcție de temperatura aerului interior de 20…23°C (fig. 7.9.).
Valorile optime ale temperaturii resimțite, pentru perioada de vară și iarnă, în funcție de destinația încăperii, rezistența termică a îmbrăcăminții Rcl, nivelul activității iM, densitatea persoanelor și categoria clădirii, conform Standardului European CEN 1752 sunt prezentate în tabelul 7.4.
Fig. 7.9. Diagrama de confort umiditate relativă – temperatura aerului interior
Tabelul 7.4. Valorile optime ale temperaturii resimțite tc
d) Viteza aerului. Este indicat ca viteza de mișcare a aerului din încăpere să nu fie accentuată. De obicei senzația de confort este influențată negativ dacă aerul în mișcare are o temperatură mai mică decât aerul interior și jetul este îndreptat spre părți ale corpului, crescând senzația de curent. În zona cuprinsă de la pardoseală până la 2 m înălțime în camerele de locuit și birouri cu o temperatură de 20…22°C, viteza de mișcare a aerului de 0,1…0,15 m/s este considerată admisibilă (fig.7.10.).
Fig. 7.10. Diagrama de confort funcție de temperatură și viteza aerului
7.3.2. Felul activității și îmbrăcămintea
Organizația Internațională pentru Standardizare (ISO) a prevăzut pentru definirea confortului termic șase factori principali, adăugând la cei patru parametrii ai microclimatului interior și intensitatea muncii iM, exprimată în met (degajare de căldură a omului de 58 W/m2) și rezistența termică a îmbrăcăminții Rcl, exprimată în clo (0,155 m2K/W).
Mecanismele care determină izolarea termică produsă de îmbrăcăminte sunt complexe și nu întotdeauna suficient de bine înțelese. Îmbrăcămintea trebuie în mod normal să permită schimburi termice care asigură echilibrul termic. Valorile rezistenței la transfer termic pentru diverse sortimente de îmbrăcăminte sunt prezentate în tabelul 7.5.
Tabelul 7.5. Valoarea rezistenței termice a îmbrăcăminții Rcl
Bibliografie
[1] Caluianu I., "Etude théorique et experimental des phenomènes d'ombrage sur les modules photovoltaïques”
[2] Caluianu I., "Producerea energiei electrice cu ajutorul panourilor fotoelectrice”
[3] V.Jafari Fesharaki, Majid Dehghani, J. Jafari Fesharaki, „The Effect of Temperature on Photovoltaic Cell Efficiency”
[4] Cristian Oprea, Radiația solară, aspecte teoretice și practice, ISBN 973 – 03915-1 București, 2005
[5] ELEG620: Solar Electric Systems University of Delaware, ECE Spring 2009 S. Bremner
[6] http://www.newport.com/images/webclickthru-EN/images/798.gif
[7] http://en.wikipedia.org/wiki/Radiațion_properties
[8] Saelens D., Energy performance assessment of single storey multiple-skin facades, Katholieke Universiteit Leuven, Faculteit Toegepaste Wetenschappen, Departement Burgerlijke Bouwkunde, Laboratorium Bouwfysica, Kasteelpark Arenberg 51, B-3001 Leuven.
[9] elementele fatadei – Barkkume_Ventilated_Double_Facade
[10] Safer N., Modélisation des façades de type double-peau équipées de protections solaires: Approches multi-échelles, L’Institut National des Sciences Appliquées de Lyon, 2006.
[11] Poirazis H., Double Skin Façades for Office Buildings – Literature Review, Division of Energy and Building Design Department of Construction and Architecture, Lund Institute of Technology, Lund University, 2004, Report EBD-R–04/3
[12] Teză doctorat Cătălin Grigoraș
[13] L’ENERGIE SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE USAGES RACCORDES AU RESEAU
[14] Guide administratif & technique pour l’installation de panneaux photovoltaïques
[15] International Energy Agency – Photovoltaic Power Systems Programme
[16] www.viessmann.com
[17] thesis Nemati_Omid
[18] 39.BIPV BEST PRACTICES
[19] Thermal Modeling for Building Integrating Ventilated PV Facade
[20] E., Merkschien, Kurzbeschreibung zur Arbeitsmappe, Zukunftsenergien NRW Essen, 2002
[21] Gr., Vasilecu, M., Mierliță, Iluminarea naturală și artificială la clădirile civile și de producție, Editura Tehnică, București, 1984.
[22] **** STAS 13149, Ambianțe termice moderate. Determinarea indicilor PMV și PPD și nivele de performanță pentru ambianță, 1993
[23] **** ISO 7730, Ambianțe termice moderate. Determinarea indicilor PMV și PPD și specificarea condițiilor de confort termic.
[24] http://www.intechopen.com/source/html/16333/media/image2.jpeg
[25] http://www.thermoanalytics.com/system/files/images/ human_simulation/human_ thermal_comfort_ sensation_software.jpg
[26] http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/35/Main_symptoms_of_carbon_ dioxide_toxicity.svg
[27] Parametri climatici necesari determinării performanței energetice a clădirilor noi și existente, dimensionării instalațiilor de climatizare a clădirilor și dimensionării higrotermice a elementelor de anvelopă ale clădirilor – Ancheta publica și sinteza observațiilor, INCERC București, Contract nr. 483/2011
[27] http://en.wikipedia.org/wiki/File:EM_Spectrum_Properties_edit.svg
[28] http://old.qi.com/talk/viewtopic.php?p=121093
[29] www.bpsolar.fr
[30] http://www.engineering.com/portals/0/images/mpp.gif
[31] http://www.metroglasstech.co.nz/catalogue/images/11_selection/092_01.gif
[32] www.minergie.ch/fr
[33] www.energyplus.be
[34] Note d’information technique 214, decembre 1999, CSTC
[35] http://www.tsolpv.com/old/case_02.jpg
[36] http://www.onyxsolar.com/images/photovoltaic-ventilated-facade-2.jpg
[37] http://dz8s0oagnjand.cloudfront.net/wp-content/uploads/2011/03/Pythagoras-Solar-PVGU-Diagram.jpg
[38] http://i.bnet.com/blogs/pythagoras-solar-pvgu-walkway.jpg
[39]http://www.shadinglouvres.com/solar-shading-systems/shadovoltaic-pv-solar-panels/shadovoltaic-main.jpg
[40] M. Mattei et al. – Calculation of the polycrystalline PV module temperature using a simple method of energy balance
[41] E. Skoplaki, J.A. Palyvos – On the temperature dependence of photovoltaic module electrical performance: A review of efficiency/power correlations
[42] PHOTOVOLTAIC MODULE THERMAL/WIND PERFORMANCE: Long -Term Monitoring and Model Development For Energy Rating
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: SOLUȚII POTENȚIALE PENTRU ÎMBUNĂTĂȚIREA EFICIENȚEI DE CONVERSIE A CELULELOR FOTOVOLTAICE PRIN INTEGRAREA ÎN FAȚADELE VENTILATE DUBLU VITRATE [309193] (ID: 309193)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.