Radu Alexandru Mavrodin

Vezeanu Stefan

Clasa  9D

Liceul I.L. Caragiale

 

 

Proiect la materia : FIZICA

 

 UTILIZAREA ENERGIEI SOLARE

PANOURILE SOLARE SI APLICATIILE LOR

 

MOTTO:

Soarele trimite pe Pamant intr-un minut mai multa energie decit consuma toata populatia globului intr-un an.Alegeti soarele ca sursa de energie si veti trai intr-o lume mai curata!

 

 

Draft pentru sintetizarea lucrarii

 

 

1.     Energia solara:

a.      Generalitati

b.     Scurt istoric al utilizarii energiei solare

c.     Necesitatea acuta a utilizarii energiilor regenerabile astazi mai mult decat oricand

2.     Panouri solare

a.      Panouri termosolare ; principii, alcatuire, modul de functionare; subclasificari;

b.     Panouri solare fotovoltaice: principiul de functionare; variatiile dimensionale si de putere; centrale electrice fotovoltaice – megaproiectele secolului XXI

a.      Panouri solare mixte fotovoltaice si termice; particularitati domestice;

b.     Captatori si distribitori de lumina „rece”

3.     Aplicatiile panourilor solare

a.      Aplicatii casnice; modele ideale si realizari practice

b.     Aplicatii industriale, sociale, agricole si turistice

4.     Concluzii


1.     Energia solara

 

Generalitati

Energia regenerabila se referă la forme de energie produse prin transferul energetic al energiei rezultate din procese naturale regenerabile. Astfel, energia luminii solare, a vânturilor, a apelor curgătoare, a proceselor biologice şi a căldurii geotermale pot fi captate de către oameni utilizând diferite procedee.

Sursele de energie neregenerabile includ energia nucleară precum şi energia generată prin arderea combustibililor fosili, aşa cum ar fi ţiţeiul, cărbunele şi gazele naturale.

Dintre sursele regenerabile de energie fac parte:

Toate aceste forme de energie sunt valorificate pentru a servi la generarea curentului electric, apei calde, etc.

Investiţiile globale anuale în energia regenerabilă au crescut în ultimii ani de la 39 de miliarde de dolari în 2005 la 55 de miliarde de dolari în 2006. Pentru anul 2007 investiţiile vor atinge un nivel de 100 miliarde dolari.

Conform unei directive a Uniunii Europene, statele membre trebuie să amestece treptat combustibilul tradiţional utilizat în transport cu biocombustibil, astfel încât, până în 2010, biodieselul să reprezinte 5,75% din motorina de pe piaţă, urmând ca, în 2020, ponderea să crească la 20%.

Scurt istoric al utilizarii energiei solare

Energia solara a fost folosita de Pamant inca de la inceputul existentei acestei planete. Energia solara a cauzat rectii chimice si transformari fizice. Tot ea a fost, impreuna cu apa, factorul cheie al aparitiei vietii pe Pamant; marea majoritate a vietii terestre este dependenta la ora actuala de Energia Solara, adica de lumina si caldura. Putinele organisme ce nu depind acum direct de energia solara reprezinta un procent nesemnificativ al Vietii pe Terra, si putem in consecinta sa afirmam ca fara Soare, viata nu ar fi posibila in sensul cunoscut de noi pana acum.

Umanitatea, din ce in ce mai civilizata, si mai inteligenta a inteles ca energia solara este ceva util si de-a lungul istoriei sale sunt numeroase exemplele in care a folosit-o in folosul sau direct. Iata cateva dintre ele:

-               in Grecia Antica , Arhimede a distrus  flota invadatoare romana (corabii din lemn) folosind un sistem de oglinzi (se pare parabolice) cu care a concentrat energia solara pe corabii, iar acestea au luat foc si invazia s-a terminat cu un dezastru pentru romani.

-               celebrul far din Alexandria folosea oglinzi uriaşe ca să indice drumul spre port. Se spunea că lumina acestuia se vedea şi de la 50 de km depărtare

-               in mod curent am vazut cu totii in copilaria noastra ca in zonele rurale , in mod deosebit in sud si sud-est, butoaie cocotate pe schele in curti, vopsite in negru; prin aceste butoaie apa circula si se incalzea, iar utilizatorii foloseau apa incalzita gratuit, de la Soare.

Necesitatea acuta a utilizarii energiilor regenerabile

astazi mai mult decat oricand

          Initiate in anii 1970, odata cu prima criza petroliera, masurile RADICALE privind utilizarea energiilor alternative in locul celor neregenerabile sunt astazi pe prima pagina a oricarei agenda de lucru a unui guvern responsabil dintr-o tara civilizata.

          Astfel, in marea majoritate a tarilor UE se acorda subventii importante , de pana la 90% din valoarea investitiilor pentru inlocuirea sistemelor vechi de climatizare cu cele bazate pe energii regenerabile. Cu totii simtim din plin cresterea poluarii in marile orase in special, schimbarea climei (datorata si activitatii destructive si haotice in care „HOMO SAPIENS IRESPONSABILIS” a utilizat resursele TERREI) si costul ridicat pe care parintii nostri il platesc pe carburant si in mod indirect acesta se reflecta in toate costurile vietii: hrana, imbracaminte, transport, etc.

          SUNTEM AZI CU CUTITUL LA OS. DACA NU FACEM NIMIC, „MAINE” NU MAI EXISTA. 


Panourile Solare

Panourile solare fac parte din clasa captatorilor solari.

Din punct de vedere al energiei captate si a celei rezultate, ele se pot clasifica in:

-               panouri termosolare, care capteaza energia termica solara

-               panouri fotovoltaice

-               panouri mixte fotovoltaice si termice

 

Din punctul de vedere al modului de captare avem :

-               panouri solare cu conversie directa

-               panouri solare cu conversie catalitica sau indirecta

 

Din punctul de vedere al energiei rezultate avem:

-               panouri generatoare de energie termica

-               panouri generatoare de energie electrica

-               panouri generatoare de lumina

-               panouri (componente din sisteme) de captare si conversie ale fluxurilor electromagnetice,  ale  particulelor usoare sau grele de inalta si joasa energie , altele decat lumina si caldura (aplicatii stiintifice si militare)

 

In continuare vom prezenta cele mai des utilizate tipuri de panouri solare si aplicatiile lor.

Panouri termosolare .

Principii, alcatuire, modul de functionare; subclasificari;

 

Oricare dintre noi poate construi un panou solar avnd la dispozitie:

-               furtun negru circa 5 m

-               o foaie de tabla zincata

-               o placa de policarbonat sau plexiglass transparent sau sticla securizata

-               doua bucati de teava de cupru sau zincata de diametru exterior egala cu diametrul interior al furtunului

-               optional o pompa de apa de 25 WATT

 

Din tabla costruim o cutie de circa 100x125x10 cm; pe cant dam doua gauri in extremitatile opuse ; introducem in cutie furtunul serpuit iar capetele in care am infipt tuburile le scoatem cate unul prin gaurile opuse; deasupra asezam sau si mai bine fixam capacul de sticla sau plexiglass sau policarbonat; asezat in curte, intr-o zi de vara insorita, si facand sa circule apa dintr-un cazan de 200 L prin aceasta serpentina fie natural, pe principiul ca apa calda se ridica si cea rece coboara, fie folosind o micropompa electrica de 25 WATT , vom vedea ca in 2-3 ore temperatura apei din cazan ajunge la 50-60 grade, suficient ca sa fie folosita de familie la menaj si dus. Daca am fi incarzit cu o rezistenta electrica am fi consumat intre 2000 si 4000 WATT. Rezulta o economie de 90-95%.

 

Am facut o demonstratie a unui panou solar rudimentar; alturat vedem principiul de functionare a unui panou solar simplu in circuit semideschis; incalzirea apei este realizata direct din captarea energiei solare.

 

 

Un panou solar de tipul „colector plan” este prezentat in imaginea alaturata. Este un panou ieftin , robust dar are doua mari dezavantaje: este unidirectional, eficienta lui maxima este de circa 15 grade fata de verticala razelor solare si este complet ineficient la temperaturi negative joase ale mediului inconjurator , chiar daca fluidul circulat este antigel;

O solutie intermediara este un panou solar alcatuit din elemente vidate in care se gaseste o subsanta usor volatila ; sub efectul razelor solare aceasta se incalzeste si cedeaza temperatura magistralei din partea superioara care este tranzitata si de agentul termic, de regula antigel; de solidifica si cade la baza tubului, dupa care sublimeaza si se evapoza , cedeaza temperatura, etc; randamentul este ceva mai mic dar functioneaza cu succes si pe timp de iarna in zile insorite, chiar si cu unele din tuburi sparte; Dezavantajele sunt ca trebuie mentinut la un unghi minim de inclinatie de 25 grade si maxim de 60 grade si este foarte sensibil la grindina sau chiar ploaie rece dupa soare torid;

Pentru a se elimina dezavantajul principal, acela al rezistentei in timp, s-a trecut la suportul de amortizare termomecanica si la tuburile din sticla cu borosilicati; Avem deci un panou colector solar termic indirect folosind un circuit inchis presurizat si rezistent la inghet care furnizeaza caldura si la temperaturi de -10 sau chiar – 15 grade celsius, intr-o zi de iarna cu soare.

 

 

b.     Panouri solare fotovoltaice: principiul de functionare; variatiile dimensionale si de putere; centrale electrice solare – megaproiectele secolului XXI

Panourile solare fotovoltaice transforma lumina zilei in curent electric. Astazi le intaltim in aplicatiile din gradina peste tot (pitici luminosi noaptea, lampi solare) . Clasificarea lor se face dupa dimensiuni si putere . Pentru alimentarea unei case folosim de obicei panouri de circa 1 m2 care dau o putere de 90-140 watt la 12-24 Volti, practic minimul la o casa moderna este intre 10 si 50 asemenea panouri , plus un sistem de baterii care inmagazineaza curntul pe timpul zilei; in tari mai dezvoltate economic panouriole sunt racordate la un sistem energetic local sau national, (distribitor) care preia excesul ziua, cand curentul electric este scum, si-l reda noaptea cand este mai ieftin (la noi este de 4 ori mai scump ziua). Numarul de panouri scade corespunzator.

Principiul de functionare a unei celule fotovoltaice solare este stimularea emisiei de particule pozitive sau negative sub influenta luminii , colectate de un strat metalic si apoi transmise prin fire electrice.

 

Panourile fotovoltaice pot fi considerate ca fiind generatoare de curent continuu, alimentate de lumina solara. Cand fotonii avand o cantitate suficienta de energie ciocnesc o celula solara, acestia elibereaza electroni in structura cristalina si ii forteaza printr-un circuit extern (baterie sau sarcina de curent continuu). Electronii revin la polul opus al celulei solare si intregul proces este repetat. Tensiunea de iesire a unei singure celule solare cristaline este in jur de 0,5V la un curent direct proportional cu suprafata celulei (aproximativ 7A la o suprafata de aproximativ 39 cm2). De obicei, in fiecare panou solar, sunt inseriate intre 30 - 36 de celule (plus la minus), pentru a obtine o tensiune nominala de iesire de 12V (17V tensiune de varf). Panourile solare pot fi conectate in serie sau in paralel, obtinandu-se astfel matrici solare pentru incarcarea bateriilor de 12V, 24V sau 48V.

Cu ajutorul unui invertor transformam curentul continuu de 12 V in curent alternativ de 220 V folosit in gospodarie.

     In lume se construiesc numeroase centrale electrice cu panouri fotovoltaice, mai ales in zonele desertice . Alaturi de ele generatoarele eoliene isi aduc contributia la o energie „verde” , nepoluanta, chiar si pe timpul noptii.

 

 

O alternativa la scara industriala la panourile solare fotovoltaice (cu un cost de productie ridicat) sunt turnurile solare: cercuri concentrice de oglinzi care reflecta lumina soarelui catre varful unui turn amplasat in centru. Caldura este folosita pentru incalzirea apei pana la starea de abur, de aici energia fiind convertita prin lucru mecanic in electricitate.

Turnurile solare incep sa fie folosite din ce in ce mai des in tarile cu soare constant. Recent Sener din Spania si Masdar din Abu Dhabi si-au unit fortele pentru a produce mai multe turnuri solare intr-o perioada de 5 ani, cu o putere totala insumata de 320 megawati. Tinta peste 10 ani este de 1000 megawati. Pentru comparatie, o termocentrala pe baza de carbune produce de obicei pana la cateva sute de megawati.

Tehnologia prevede si backup pentru cazul cand soarele nu straluceste suficient sau cerul este innorat: energia este depozitata sub forma de sare topita, aceasta fiind sursa de caldura de mare temperatura necesara functionarii continue.

c.     Panouri solare mixte fotovoltaice si termice; particularitati domestice;

 

Un panou termosolar care incorporeaza un panou fotovoltaic va pune in miscare gratuit popmpa de transmisie a  apei calde in circuit , va evita suprapresiune si supraincalzirea si va transmite caldura direct proportional cu intensitatea luminii .

 

In plus, o firma germana a elaborat si comercializeaza o baterie termosolara de cca 3 m3 care inmagazineaza , intr-o solutie bazata pe stearina , folosind pricipiul schimbarii de faza de agregare solid – lichid cu supraincalzire, echivalentul de energie termica al unui rezervor de 30 m3, astfel ca dupa doua zile insorite o casa de 250 mp este incalzita uniform la 21 grade Celsius timp de 5 zile chiar in absenta soarelui; daca se folosecte un controler inteligent care scade temperatura la 15 grade Celsius cand nu e nimeni acasa, perioada se poate prelungi la 10 zile. Bineinteles, sistemul funizeaza si apa calda menajera.

Cercetarile in curs finalizeaza bateria termosolara cu temperatura de 230 grade Celsius, care va permite racirea  casei si generarea de curent electric prinr-o microstatie locala.

 

 

d.     Captatori si distribitori de lumina „rece”

 

Este una din cele mai interesante utilizari ale energiei solare: lumina este oglindita catre un captator si apoi , filtrata,  numai cea din spectrul vizibil (fara infrarosu = cald si ultraviolet = nociv) este dirijata catre mii de fibre optice . Lumina puratata prin fibrele optice poate lumina puternic spatiile interioare: o oglinda de 3 M capteaza si ilumineaza o intreprindere de 1500 mp pe trei nivele. Investitia e mare dar se amortizeaza rapid.

 

CONCLUZIE

 

     In 1987 la Pasadena 37% din energia electrica si termica era generata cu panouri solare.

Inventii si patente, inclusiv alternative electrice de ransport in regim urban au fost cumparate si ingropate in sifuri spre a nu fi folosite.

 De atunci au trecut 20 de ani in care se putea face mult pentru aceasta planeta, dar interese financiare multinationale si politici irationale au ajuns sa ne duca pe marginea prapastiei.

Azi, de la 2 $ barilul (butoiul) de petrol in 1970, s-a ajuns la 135 $.

Gazele naturale au ajuns un lux , la pretul actual.

Suntem pe care de a fi distrusi de propria noastra dezvoltare , intr-o directie gresita care a folosit resursele neregenerabile ale planetei si a poluat-o si a defrisat-o pana aproape de distrugere.

Vom fi deci lucizi si vom alege calea energiei regenerabile si a conservarii planetei sau nu vom mai fi deloc.

 

Radu Alexandru Mavrodin

Vezeanu Stefan