Energie Solară

Capitolul 1

INTRODUCERE

Energia solară reprezintă una din potenţialele viitoare surse de energie, folosită fie la înlocuirea definitivă a surselor convenţionale de energie cum ar fi: cărbune, petrol, gaze naturale etc, fie la folosirea ei ca alternativă la utilizarea surselor de energie convenţionale mai ales pe timpul verii, cea de a doua utilizare fiind în momentul de faţã cea mai raspândită utilizare din întreaga lume.

Poate cel mai evident avantaj, în vederea utilizării acesteia, pe care îl are, este acela de a nu produce poluarea mediului înconjurător, deci este o sursã de energie curatã; un alt avantaj al energiei solare este faptul că sursa de energie pe care se bazează întrega tehnologie este gratuită.

Utilizarea energiei solare apare din timpurile istoriei ca prezentă în viaţa oamenilor sub diferite forme: armă, curioziotate, utilizare efectivă; astfel în secolul al III-lea î.H., matematicianul grec Arhimede (287 - 212 î.H.) a apărat cetatea Siracuza (Sicilia) de atacuri, cu ajutorul unor oglinzi uraşe care orientau fasciculele de luminã focalizatã spre navele inamice, incendiindu-le.

în 1767, apare şi termenul de energie termo-solară, când omul de ştiinţã eleveţian Horace de Saussure a inventat "cutia fierbinte", în fapt cel dintâi colector solar iar în 1830 astrologul Sir John Hershel utilizează "cutia fierbinte" pentru a găti în timpul unei expediţii în sudul Africii ori în anul 1891 când are loc patentarea primului sistem comercial de încãlzire a apei de către Clarence Kemp.

Dintre toate sursele de energie care intră în categoria surse ecologice şi regenerabile cum ar fi: energia eolianã, energia hidro, energia geotermală, energia mereelor; energia solară se remarcă prin instalaţiile simple şi cu costuri reduse ale acestora la nivelul unor temperaturi în jur de 100°C, temperatură folosită pentru încălzirea apei cu peste 40 grade peste temperatura mediului ambiant, instalaţii folosite la încãlzirea apei menajere sau a clădirilor. De aceea, este deosebit de atractivă ideea utilizării energiei solare în scopul încălzirii locuinţelor şi se pare că acesta va fi unul dintre cele mai largi domenii de aplicaţie a energiei solare în următorul secol. Tehnologia echipamentului pentru instalaţiile solare de încălzire a clădirilor este deja destul de bine pusă la punct într-o serie de ţări ca Japonia, S.U.A., Australia, Israel, Rusia, Franţa, Canada şi Germania.

Radiatia solara

Soarele este o sfera cu raza de 695000 km, având o densitate medie de 1400 kg/m3, iar masa lui reprezinta 99,85% din masa totala a sistemului solar .Elementele care predomina în masa Soarelui sunt hidrogenul şi heliul care reprezinta 99% in greutate din atmosfera Soarelui). In interiorul Soarelui au loc reactii nucleare: hidrogenul se transforma in heliu eliberand 4 milioane de tone de energie - masa pe secunda. Ca urmare a reactiilor din Soare, temperatura lui in interior atinge valori de 20*106Kelvin, iar la suprafata de 6000 K.

Din punct de vedere energetic, partea cea mai importanta a energiei solare din afara atmosferei se gaseste in intervalul spectral 0,20 - 4,0 micrometri. In acest interval, puterea şi compozitia spectrala a radiatiei emise de catre Soare sunt practic constante la scara timpului. Din cercetarile recente s-a ajuns la concluzia ca puterea radianta la suprafata Soarelui este de aproape 3,70-1026Watt.

Pământul nu interceptează decât o jumătate de miliardime din energia radiată de Soare , aceasta corespunde la nu mai puţin de 172 miliarde de megawaţi , ceea ce reprezintă de 20000 de ori mai mult decât consumul de putere al omenirii în anul 1970 , şi , probabil de 1000 de ori mai mult decât consumul necesar in anul 2050. În aceste condiţii , totalitatea combustibililor fosili şi nucleari acumulaţi pe planeta noastră de câteva miliarde de ani nu reprezintă nici a 5-a parte din energia pe care Soarele ne-o dăruieşte într-un singur an .

Aceste cifre ţin seama de faptul că din “ constanta solara “ de 1,353 kW pe metru pătrat la incidenţa normală în afara atmosferei , numai circa 338 wati pot fi efectiv absorbiţi la suprafaţa Pământului , în medie , din cauza coexistenţei permanente a zilei cu noaptea şi a variaţiei fireşti , între 0 şi 90˚ a incidenţei de absorbţie , între poli şi Ecuator.

Nu toată radiaţia solară ce întâlneşte în drumul ei Pământul ajunge la sol , iar din aceasta numai o parte poate fi efectiv colectată şi utilizată .Ştim , astfel că circa 30 % din radiaţia incidentă este imediat reflectată în spaţiu de către nori , atmosfera şi suprafaţa planetei .După această pierdere rămânem cu circa 1 kW pe metru pătrat ( cu soarele la zenit şi incluzând şi radiaţia difuză ) .Alte 23 procente din radiaţie sunt absorbite de atmosferă , rămânând cca 47 de procente să fie absorbite de terenul solid sau de ape .Din toată această radiaţie absorbită , aproximativ jumătate pune în mişcare circuitul apei pe Planetă , alimentând ploile , zăpezile şi apele curgătoare ; alte 5 procente din constanta solară agită atmosfera şi oceanele , prin vânturi şi curenţi ; 0.2 % pentru fotosinteză adică conversia biologică a energiei.

Ceea ce rămâne – circa 20 % din constanta solară, este radiat în atmosferă în banda [2÷8] μm, infraroşu, iar banda [0,4÷0,7]μm reprezintă spectrul vizibil

Se apreciază că 2 % din suprafaţa unei ţări ca S.U.A. ar fi suficiente pentru a asigura complet nevoile de energie ale acestei ţări în anul 2010 .

Din studiile întreprinse de către fostul institut INCERC ( Institutul de Cercetări şi Economia Construcţiilor ) reiese că o serie de localitaţi din ţara noastra au un regim mediu anual al densităţilor de radiaţii globale solare cuprins între 106 kcal/m2 şi an şi 1,37*106 kcal/m2 şi an, aşa cum reiese din tabelul 1.1. unde se evidenţiază şi numărul de zile senine dintr-un an.

Localitatea

Iarna

XII-II Primăvara

III-V Vara

VI-VIII Toamna

IX-XI Anual

PREDEAL A 12,40 31,17 43,24 22,48 109,29

B 206,7 409,5 620,7 390,9 1636,6

C 22,0 18,9 22,9 29,5 93,3

SIBIU A 10,96 34,7 46,85 22,94 115,45

B 219,4 515,6 737,6 464,3 1938,0

C 16,4 19,1 29,3 29,9 94,7

CLUJ A 10,93 35,74 48,94 22,68 118,29

B 201,8 556,3 784,4 456,3 1998,9

C 22,6 24,3 32,3 32,2 111,4

IAŞI A 10,42 35,15 48,67 21,98 116

B 204,8 541,9 843,0 428,6 2020

C 15 24,3 36,9 30,5 106,7

TIMIŞOARA A 11,20 34,97 49,37 23,42 118,94

B 208,1 563,4 829,5 479,4 2080,5

C 18,9 30,2 45,5 37,4 132,0

CONSTANŢA A 13,05 37,9 53,13 24,95 129

B 254,3 556,5 963,3 509,5 2283,7

C 17,3 27,6 54,6 34,0 133,5

BUCUREŞTI A 12,36 36,89 51,6 24,75 125,32

B 232,7 560,6 913,3 511,8 2218,4

C 16,5 22 39,4 32 109,9

SATU MARE A 10,95 35,06 47,68 22,67 116,56

B 205,4 584,3 821,3 464,8 2075,9

C 18,6 24,6 35,1 34,3 112,6

Tab.1.1.

A – Suma radiaţiei solare globale ( kcal/cm2)

B – Durata medie efectivă a strălucirii soarelui ( ore )

C – Numărul mediu al zilelor cu cer senin

Energia solara este gratuita este şi poate aduce independenta fata de combustibilii conventionali şi va poate crea economii in cheltuielile dumneavoastra pentru apa calda şi caldura. Datorita cercetarilor şi tehnologiilor aparute in ultimii 10 ani, randamentul panourilor solare sau al bateriilor de colectori a crescut, facand ca amortizarea acestor sisteme complexe de incalzire solare sa se reduca la 3 - 4,5 ani din cei 30 de functionare la parametri tehnici maximi.

Pentru prepararea apei calde prin intermediul energiei solare la gospodariile individuale, case de vacanta, etc. se recomanda, datorita simplitatii ei, o instalatie care utilizeaza un panou solar (colector solar) cu randament energetic ridicat.