Tema lucrării de diplomă : [620676]

Marcu Maria Cristina
UNIVERSITATEA DE MEDICINĂ, FARMACIE, ȘTIINȚE ȘI TEHNOLOGIE "GEORGE EMIL
PALADE" DIN TÂRGU -MUREȘ
FACULTATEA DE INGINERIE ȘI TEHNOLOGIA INFORMAȚIEI
Specializarea: Inginerie economică industrială

titlu

Coordonator științific: Candidat: [anonimizat]: 2020

Tema lucrării de diplomă :

titlu

Problemele principale care vor fi tratate:

Bibliografie recomandată:

Termene obligatorii de consultații:
Locul practicii:
Primit la data de:
Termen de predare:

Semnătura director departament Semnătura conducătorului

Semnătura candidat: [anonimizat], FAR MACIE ,
ȘTIINȚE ȘI TEHNOLOGIE „GEORGE EMIL
PALADE ” DIN TÂRGU -MUREȘ

FACULTATEA DE INGINERIE

DEPARTAMENTUL: Inginerie Industrial ă și Management
SPECIALIZAREA : Inginerie Economică Industrială

PROIECT DE DIPLOMĂ

titlu

CONDUCĂTOR ȘTIINȚIFIC ABSOLVENT: [anonimizat]
2020

Marcu Maria Cristina

Marcu Maria Cristina

Cuprins
Capitolul 1 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 1
Energia electrica ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 1
Istoric ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 1
Surse de energie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 3
Capitolul 2 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 11
Energia solară ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 11
Panouri fotovoltaice ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 12
Istoric ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 12
Cum produc panourile solare energie electrică ………………………….. …………………………. 13
Clasificarea panourilor fotovoltaice ………………………….. ………………………….. ……………. 14

1
Capitolul 1

Energia electrica

Un set de fenomene fizice asociate cu prezența și deplasarea sarcinilor electrice reprezintă
ELECTRICITATEA. Energia electrică produce o mare varietate de fenomene fizice , cum ar fi:
fulgerul – este unul dintre cele mai spectaculoase efecte ale electricității; electricitatea statică;
inducția electromagnetică și curentul electric.
Istoric
Electricitatea statică este printre primele fenomene pe care oamenii le -au observat și
descris. În secolul al VI lea î .Hr. un filosof grec a menționat pentru prima dată în scrierile lui că
dacă chihlimbarul este frecat suficient de intens el poate atrage obiecte ușoare cum ar fi particule
de praf sau penele. După aproximativ 300 de ani mai târziu un alt filosof a constata t apariția unui

2

Marcu Maria Cristina

efect de atracție în urma frecării unor tipuri diferite de piatră. Acești 2 filosofi naturaliști nu au
găsit o explicație satisfăcătoare pentru ceea ce au observat . Termenul de electricitate a apărut după
2.000 de ani și provine de la cuv ântul din latină „electricus ” care înseamnă chihlimbar.
Cel mai cunoscut experiment realizat pentru a înțelege mecanismul de bază al electricității
a fost făcut de către Benjamin Franklin în secolul al XVIII lea. El a legat de parte de jos a unui
zmeu umezit o cheie de metal, după care l-a ridicat într-o zi noroasă . Atunci el a observat o
succesiune de scântei sărind de la cheie în palma lui demonstrând că fulgerul este cu adevărat de
natură electrică. Acesta fiind și unul dintre motivele pentru care Benjamin Franklin ne zâmbește
de pe o bancnotă de 100 de dolari americani.

Benjamin Frenklin a descoperit, în urma cercetărilor lui extinse de electricitate, că sarcina
electrica poate fi pozitivă și negativă și că sarcina electrică totală se conservă. Această descoperire
a dus la un alt experiment istoric și anume băiatul zburător al lui Stephen Gray, devenit o
demonstrație publică populară. Stephen Gray a folosit o butelie Leyda – dispozitiv care permite
acumularea sarcinii electrice, pentru a încărca cu electricitate băiatul zburător, suspendat de fire

3

Marcu Maria Cristina

de mătase, care astfel putea răsfoi pag inile unei cărți prin intermediul electricității statice sau chiar
putea ridica mici obiecte folosind doar atracția electrostatică.

După cele prezentate mai sus ne dăm seama că fenomenele electrice , care sunt fenomene
de natură fizi ce au fost studiate încă din antichitate, dar progrese în domeniul științei nu s -au făcut
până în secolul al XVIII lea. Aplicațiile practice au fost puține și nu au fost exploatate pentru
utilizarea industrială de către ingineri până la sfârșitul secolului al XIX lea care a adus și cel mai
mare progres în inginer ia electrică. Printr -un grup numeros de filosofi , electricitatea s -a
transformat dintr -o curiozitate ș tiințifică într-un instrument esențial pentru viața modernă,
devenind o forță motorie a celei de a Doua Revoluții Industriale. Expansiunea rapidă în dome niul
tehnologiei electrice a transformat, din acest moment, industria și societat e. Versa tilitatea
extraordinară a electricității ca mijloc de furnizare a energiei înseamnă că poate fi aplicată într -un
număr mare de utilizări precum: comunicații, transport , încălzire, iluminat, etc. Energia electrică
a devenit astfel coloana vertebrală a societății industriale moderne.
Surse de energie

Sursele de energie reprezintă materialele și tehnologiile folosite pentru a produce energia
necesară dezvoltării societății. Acestea trebuie să fie exploatabile din punct de vedere tehnic,
economic și al unei perspective durabile și trebuie să se găsească în cantități corespunzătoare.

4

Marcu Maria Cristina

1. Combustibilii fosili
Această categorie cuprinde principalii combustibili fosili: cărbunele, gazele și petrolul.
Sunt clasificați în epuizabili deoarece pentru a produce energie aceștia trebuie să ardă, rezervele
existente consumându -se mai repede decât se produc altele noi. Combustibilii fosili acoperă
aproximativ 80 % din consumul de energie.

a) Cărbunele
Cărbunele produce 27% din energia luminii. Este folosit în centralele electrice și în
industrie. Cărbunele de cea mai bună calitate este antracitul. Antracitul reprezintă rezultatul
procesului de descompunere a c opacilor din zonele mlăștinoase care au format turbării. Turba s -a
scufundat tot mai mult și s -a transformat în lignit, apoi în cărbune bituminos și în final în antracit.

5

Marcu Maria Cristina

b) Petrol și gaze naturale
Odată cu acumularea de sedimente în oceanele pline de viaț ă marină a luat naștere petrolul
și gazele naturale. Îngropate adânc, timp de milioane de ani, ființele marine microscopice s -au
descompus formându -se zăcăminte de țiței și gaze. Nu există surse de petrol sau gaz mai tân ăr de
1-2 milioane de ani. Marile câ mpuri petrolifere se află în Orientul Mijlociu, SUA, Rusia și Marea
Nordului.
Petrolul, înainte de folosirea lui în scopul producerii energiei, trebuie rafinat. Procesul de
rafinare a petrolului are ca scop îmbunătățirea calității acestuia. Petrolul brut e ste încălzit la o
temperatură de peste 300°C, apoi introdus în tunurile de funcționare, din gazele de petrol născute,
se separă treptate derivatele petroliere, numite și fracțiuni .

2. Energia Nucleară
Energia nucleară provine din uraniu, un element rar care se află în scoarța Pământului. Este
folosit pentru a produce căldură prin fisiune nucleară, mai precis prin spargerea atomilor din
uraniu. Căldura astfel obținută produce aburi care înv ârt turbinele pentru a obține în final

6

Marcu Maria Cristina

electricitate. Deșeurile rezultate în urma acestui proces sunt foarte radioactive și trebuie izolate
timp de mii de ani. Producătorii importanți sunt SUA, Franța, Europa de Vest și Japonia.

3. Energia Hidraulică
Un curent puternic și rapid de apa și o înălțime semnificativă de la care apa să cadă,
formează condițiile ideale pentru energia hidroelectrică. Forța apei în cădere pune în mișcare
turbinele care produc electricitate. Apa este o sursă regenerabilă datorită ciclului global de
evaporare și precipitații. Căldura soarelui face ca apa din lacuri și oceane să se evapore și astfel
form ându-se nori. Apa curge înapoi pe pământ sub formă de ploaie sau zăpadă în râuri care apoi
curg în oceane. Pe scară largă, hidroenergia poate avea o amprentă ecologică mare. În Norvegia și
Brazilia, hidroenergia depășește 90% din consumul de energie electrică, clasând astfel aceste țări
în topul utilizatorilor.

7

Marcu Maria Cristina

4. Energia eoliană
Energia vântului a fost folosită de secole pentru a naviga și pentru a mișca morile de vânt
care măcinau cerealele. Astăzi, vântul acționează cu putere asupra morilor de vânt sau a turbinelor
producând în acest mod energie. O fermă eoliană trebuie construită după un anumit criteriu, și
anume , trebuie să se afle într -o zonă în care vântul bate constant și din tr-o direcție stabilă. Printre
utilizatorii importanți se numără SUA și Germania.

8

Marcu Maria Cristina

5. Energia geotermală
Această energie necesită o sursă naturală de căldură, o cameră magmatică, izvoare
subterane și pereți din rocă prin care apa și aburii să poată trece. Aburii sunt folosiți atât pentru
încălzire cât și pentru producerea energiei. În Islanda, 45% din energie țării provine din resurse
geotermale, clasându -se astfel pe primul loc în topul utilizatorilor de acest tip energie.

6. Energia mareelor
Oceanul oferă mai multe forme de energie regenerabilă. Energia provenită din valurile
mării și maree pot fi valorificate pentru a produce energie electrică. Diferența de minim 8 metrii
între flux și reflux, un golf îngust care să mărească forța apei, repre zintă elementele necesare pentru
ca puterea mareelor să genereze electricitate. Curentul puternic al mareelor pune în mișcare
turbinele montate într -un baraj ridicat de -a curmezișul golfului. Datorită tehnologiilor actuale,
această sursă de energie nu este atât de rentabilă în comparație cu alte surse de energie
regenerabile, însă oceanul rămâne o sursă importantă de energie potențială pentru viitor. Cea mai
mare centrală bazată pe maree se află pe râul Rance, din Franța .

9

Marcu Maria Cristina

7. Energia de biomasă
Încă de la început, lemnul a fost o sursă de energie. Oamenii l -au folosit pentru a prepara
mâncarea sau pentru a se încălzi în anotimpurile reci. Lemnul a rămas în continuare cea mai
importantă sursă de energie de biomasă. Pe lângă lemn, această sursă include și culturi alimentare,
cum ar fi ierburile și alte plante, deșeuri agricole forestiere și reziduare, componente organice din
deșeuri menajere și industriale. Poate include chiar și gaz metan recoltat din depozitele de deșeuri
comunitare. Biomasa poate fi util izată atât pentru producerea de energie electrică cât și d rept
combustibil pentru transport sau pentru fabricarea produselor care altfel ar fi necesitat utilizarea
unor comb ustibili nerege nerabili.

10

Marcu Maria Cristina

8. Hidrogen
Deși nu este prea cunoscut în ziua de azi, hi drogenul are un real potențial ca sursă de energie
și combu stibil. Hidrogenul este cel mai comun element existent pe Pământ, se găsește în apă dar
și în natură în combinație cu alte elemente. Odată separat de alte elemente, hidrogenul poate înlocui
gazele naturale folosite pentru încălzire și preparare a alimentelor, poate fi utilizat pentru
vehiculele electrice și nu în ultimul rând pentru a produce energie electrică. Hidrogenul are șanse
mari să devina combustibilul viitorului, considerându -se un salva tor de mediu, pentru ca are
puterea de a înlocui combustibili fosili responsabili cu încălzirea globală și diverse forme de
poluare.

11

Marcu Maria Cristina

Capitolul 2

Astăzi, se pune un mare accent pe sursele de energie regenerabile deoarece aceste nu sunt
atât de agresive cu mediul înconjurător. Încălzirea globală și alte forme ale poluării ne afectează
mult, iar pentru a evita acest lucru, sursele de energie regenerabile vin în ajutorul nostru. Mă bucur
să văd că din ce în ce mai mulți oameni încep să util izeze aceste surse de energie și nu se mai
feresc de ele. De aceea, am ales și eu să studiez o sursă de energie verde, energia solară, fiind baza
acestui proiect.
Energia solară

Energia solară este căldura rapidă și radiată de soare. Din cele mai vech i timpuri, oamenii
au valorificat această energie solară prin diferite tehnologii în curs de dezvoltare. Împreună,
radiațiile solare și resursele solare secundare constituie cea mai mare parte dintr -o energie
regenerabilă disponibilă pentru pământ.

12

Marcu Maria Cristina

Panouri fotovoltaice

Istoric

Efectul de apariție a unei tensiuni electromotoare, sub acțiunea energiei solare, denumit
efect fotovoltaic, a fost descoperit de fizicianul francez Alexandre -Edmond Becquerel, în anul
1839. Denumirea acestui efect provine din grecescul phos, care înseamnă lumină și din numele
fizicianului Allesandro Volta, realizatorul primei baterii electrice din lume.1
În jurul anului 1883 a fost construită prima celula solară, conform Enciclopediei Britanice.
Celulele solare aveau totuși o capacitate de transformare a energiei de sub un procent, astfel în
anul 1941 a fost inventată celula solară de siliciu.
Trei cercetători din America au proiectat în anul 1954 o celulă solară de siliciu care avea o
eficiența de șase procente în conversia energiei. Ei au format o serie de benzi de siliciu , de mărimea
unei lame de ras , care intrând în contact cu lumina soarelui au capturat electronii liberi și i -au

13

Marcu Maria Cristina

transformat în curent electric. Astfel au apărut primele panouri solare, finanțate de niște laboratoare
de specialitate d in New York , care au anunțat fabricarea unui nou tip de acumulator solar.
Cum produc panourile solare energie electrică

Panourile solare sunt făcute din unități mici numite celule solare. Cele mai înt âlnite
celule solare sunt făcute din silicon, un semiconductor care e al doilea cel mai răspândit
element de pe Pământ.
Într-o celulă solară, siliconul cristalin e pus între două straturi conductive. Fiecare atom
de silicon e conectat la vecini săi cu patru legături puternice care țin electronii pe loc astfel
încât să nu poată trece niciun curent electric.
Iată cum funcționează: o celulă solară de silicon folosește două straturi diferite de
silicon. Un silicon de tip N are electroni în plus, și un silicon de tip P are spații pentru
electroni, nu mite găuri. În locul în care cele două tipuri de silicon se întâlnesc, electronii
pot trece prin joncțiunea P/N, lăsând o încărcare pozitivă pe o parte și creând o încărcare
negativă în cealaltă. Te poți gândi la lumină ca la niște mici particule zbură toare numite
fotoni, propulsate din Soare. Când unul dintre acești fotoni lovește o celulă silicon cu
destulă energie, poate să scoată un electron de la locul lui, lăsând un loc liber. Electronul
încărcat negativ și spațiul electronului ce e încărcat pozitiv s unt liberi să se miște. Dar din
cauza câmpului electric al joncțiunii P/N, vor merge într -un singur sens. Electronul este
atras spre partea N, în timp ce spațiul liber spre partea P. Electronii mobili sunt adunați de
un metal subțire din vârful celulei. De acolo, merg într -un circuit exterior, făcând muncă
electrică, ca de exemplu, alimentând un bec, înainte de a se întoarce printr -o folie de
aluminiu prin spate.
Fiecare celulă de silicon are capacitatea de jumate de volt, dar le poți cupla în module
pentru mai multă energie. 12 celule fotovoltaice sunt suficiente pentru a alimenta un telefon
mobil, pe când e nevoie de mai multe module pentru a alimenta o casă. Electronii sunt
singurul element care se mișcă într -o celulă solară și toți se întorc în loc ul din care au plecat.
Nu e nimic care se uzează sau se pierde, deci panourile solare pot funcționa timp de decenii.

14

Marcu Maria Cristina

Clasificarea panourilor fotovoltaice

1) Panouri fotovoltaice monocristaline2
Avantaje:
→ Au o eficiență de 15%
→ Spațiul pentru montare este mai mic datorită eficienței lor
→ Pot produce de 4% mai multă energie decât panourile solare de tip „film”
→ Rezistența lor în timp este mai bună și performează bine chiar și pe lumină scăzută
Dezavantaje:
→ Costul mare al investiției

15

Marcu Maria Cristina

2) Panouri fotovoltaice policristaline2
Avantaje:
→ Au o eficiență de 13%
→ Cele mai potrivite în raport preț-calitate pentru casele familiale

Dezavantaje:
→ Datorită eficienței ușor reduse față de monocristaline , este necesară instalarea mai
multor panouri

3) Panouri fotovoltaice Amorfe/ tip „film”2
Avantaje:
→ Cea mai ieftină opțiune
→ Sunt eficiente chiar și pe intensitate luminoasă scăzută
Dezavantaje:
→ Eficiența este de 7% ( comparativ cu celelalte tipuri )
→ Nu se prea folosesc pentru locuințe familiale

16

Marcu Maria Cristina

4) Panouri fotovoltaice hibride2
Avantaje:
→ Au o eficiență de 18% ( sunt cele mai eficiente )
Dezavantaje:
→ Sunt cele mai costisitoare