ENERGIA SOLARĂ

ENERGIA SOLARĂ Energia solară este energia radiantă produsă în Soare ca rezultat al reacţiilor de fuziune nucleară. Ea este transmisă pe Pământ prin spaţiu în cuante de energie numite fotoni, care interacţionează cu atmosfera şi suprafaţa Pământului. Intensitatea radiaţiei solare la marginea exterioară a atmosferei, când Pământul se află la distanţa medie de Soare, este numită constantă solară, a cărei valoare este de 1,37*106 ergs/sec/cm2 sau aproximativ 2 cal/min/cm2. Cu toate acestea, intensitatea nu este constantă; ea variază cu aproximativ 0,2 procente în 30 de ani. Intensitatea energiei solare la suprafaţa Pământului este mai mică decât constanta solară, datorită absorbţiei şi difracţiei energiei solare, când fotonii interacţionează cu atmosfera. Intensitatea energiei solare în orice punct de pe Pământ depinde într-un mod complicat, dar previzibil, de ziua anului, de oră, de latitudinea punctului. Chiar mai mult, cantitatea de energie solară care poate fi absorbită depinde de orientarea obiectului ce o absoarbe. Absorbţia naturală a energiei solare are loc în atmosferă, în oceane şi în plante. Interacţiunea dintre energia solară, oceane şi atmosferă, de exemplu, produce vânt, care de secole a fost folosit pentru morile de vânt. Utilizările moderne ale energiei eoliene presupun maşini puternice, uşoare, cu design aerodinamic, rezistente la orice condiţii meteo, care ataşate la generatoare produc electricitate pentru uz local, specializat sau ca parte a unei reţele de distribuţie locală sau regională.jocuri online jocuri motociclete jocuri actiune jocuri cu masini tunate jocuri online noi jocuri cu masini jocuri atv jocuri online tari Aproximativ 30% din energia solară care ajunge la marginea atmosferei este consumată în circuitul hidrologic, care produce ploi şi energia potenţială a apei din izvoarele de munte şi râuri. Puterea produsă de aceste ape curgătoare când trec prin turbinele moderne este numită energie hidroelectrică. Prin procesul de fotosinteză, energia solară contribuie la creşterea biomasei, care poate fi folosită drept combustibil incluzând lemnul şi combustibilele fosile ce s-au format din plantele de mult dispărute. Combustibili ca alcoolul sau metanul pot fi, de asemenea, extrase din biomasă. De asemenea, oceanele reprezintă o formă naturală de absorbţie a energiei. Ca rezultat al absorbţiei energiei solare în oceane şi curenţi oceanici, temperatura variază cu câteva grade. În anumite locuri, aceste variaţii verticale se apropie de 20C pe o distanţă de câteva sute de metri. Când mase mari de apă au temperaturi diferite, principiile termodinamice prevăd că un circuit de generare a energiei poate fi creat prin luarea de energie de la masa cu temperatură mai mare şi transferând o cantitate mai mică de energie celei cu temperatură mai mică. Diferenţa între aceste două energii calorice se manifestă ca energie mecanică, putând fi legată la un generator pentru a produce electricitate. Captarea directă a energiei solare presupune mijloace artificiale, numite colectori solari, care sunt proiectate să capteze energia, uneori prin focalizarea directă a razelor solare. Energia, odată captată, este folosită în procese termice, fotoelectrice sau fotovoltaice. În procesele termice, energia solară este folosită pentru a încălzi un gaz sau un lichid, care apoi este înmagazinat sau distribuit. În procesele fotovoltaice, energia solară este transformată direct în energie electrică, fără a folosi dispozitive mecanice intermediare. În procesele fotoelectrice, sunt folosite oglinzile sau lentilele care captează razele solare într-un receptor, unde căldura solară este transferată într-un fluid care pune în funcţiune un sistem de conversie a energiei electrice convenţionale. În continuare vom prezenta câteva dintre aceste dispozitive de captare a energiei solare: A. Panourile solare Fluidul colector care trece prin canalele panoului solar are temperatura crescută datorită transferului de căldură. Energia transferată fluidului purtător este numită eficienţă colectoare instantanee. Panourile solare au în general una sau mai multe straturi transparente pentru a minimaliza pierderile de căldură şi pentru a putea obţine o eficienţă cât mai mare. În general, sunt capabile să încălzească lichidul colector până la 82C cu un randament cuprins între 40 şi 80%. Aceste panouri solare au fost folosite eficient pentru încălzirea apei şi a locuinţelor. Acestea înlocuiesc acoperişurile locuinţelor. În emisfera nordică, ele sunt orientate spre sud, în timp ce în emisfera sudică sunt orientate spre nord. Unghiul optim la care sunt montate panourile depinde de latitudinea la care se găseşte instalaţia respectivă. În general, pentru dispozitivele folosite tot anul, panourile sunt înclinate la un unghi egal cu latitudinea la care se adună sau se scad 15 şi sunt orientate spre sud respectiv nord. În plus, panourile solare folosite la încălzirea apei sau a locuinţelor prezintă pompe, senzori de temperatură, controllere automate care activează pompele şi dispozitivul de stocare a energiei. Aerul sau chiar un lichid pot fi utilizate ca fluide în sistemul de încălzire solară şi un acumulator sau un rezervor cu apă, bine izolate, sunt folosite de obicei ca medii de stocare a căldurii. În anexa 1 este prezentată schema simplificată a unei locuinţe care foloseşte pentru încălzire sau răcire astfel de panouri solare. B. Captatoare de energie Pentru aplicaţii cum sunt aerul condiţionat, centrale de energie şi numeroase cereri de căldură, panourile solare nu pot furniza fluide colectoare la temperaturi suficient de mari pentru a fi eficiente. Ele pot fi folosite ca dispozitive de încălzire în prima fază, după care temperatura fluidului este apoi crescută prin mijloace convenţionale de încălzire. Alternativ, pot fi folosite colectoare mai complexe şi mai scumpe. Acestea sunt dispozitivele care reflectă şi focalizează razele solare incidente într-o zonă mică de captare. Ca rezultat al acestei concentrări, intensitatea energiei solare este mărită şi temperatura care poate fi atinsă poate ajunge la câteva sute sau chiar câteva mi de grade Celsius. Această captatoare trebuie să se mişte după cum se mişcă soarele, pentru a funcţiona eficient şi dispozitivele utilizate se numesc heliostate. C. Celule fotovoltaice Celulele solare făcute din cristale de silicon, arsenicat de galiu şi alte materiale semiconductoare, transformă direct radiaţia solară în electricitate. Prin conectarea unui număr mare de celule fotovoltaice, costul electricităţii fotovoltaice a fost redus la 30 de cenţi/KWh, adică de două ori mai mare decât rata pe care oraşele mari din Statele Unite o plăteau pentru electricitate în 1989. Aceste dispozitive stau la baza unor aplicaţii care variază de la sisteme simple şi până la sistemele cele mai complexe. În continuare vom încerca să prezentăm unele dintre aceste aplicaţii şi, de asemenea, vom arăta care sunt avantajele şi dezavantajele folosirii unor astfel de dispozitive. Între 1984 şi 1991 au fost construite în sudul Californiei nouă uzine ce folosesc panourile solare cu o capacitate totală de 354 Mwe. Cu toate că a fost redus costul pentru instalarea acestei tehnologii de la 6000$/KMe la 3000$/KMe, de-a lungul acestei perioade, compania care a construit aceste uzine a dat faliment în 1991, când subvenţiile guvernului pentru reînnoirea acestor tehnologii au fost retrase. Astăzi uzinele funcţionează sub un management sigur. O versiune importantă a acestei tehnologii a fost de curând dezvoltată şi se plănuieşte ca aceasta să fie instalată în mai multe ţări în dezvoltare, care probabil că până în anul 2000 va spori producţia de energie solară cu câteva sute de megawaţi. Captatoarele solare tot mai avansate fac posibilă captarea unei călduri solare din ce în ce mai ridicate. Se preconizează că aceste tehnologii vor conduce la o scădere a costurilor de generare a electricităţii. Temperaturile până la 400C sunt captate cu ajutorul panourilor solare. Captatorul solar colectează temperaturi între 400C şi 1500C, iar celulele fotovoltaice reuşesc să capteze temperaturi peste 1500C. Există dispozitive solare utilizate pentru încălzirea, răcirea şi iluminarea clădirilor. O parte dintre acestea au la bază designul arhitectural, care exploatează resursele solare în scopul încălzirii sau răcirii construcţiilor. Ele folosesc însăşi clădirea  pereţii, acoperişurile, ferestrele  pentru a capta, depozita şi distribui energia solară. În ultimul deceniu în Statele Unite au fost construite sute de mii de astfel de clădiri. Răcirea pasivă este un mijloc care asigură confortul în lunile călduroase. Se utilizează elemente ale clădirii pentru a reduce transferul de căldură prin acoperiş, pereţi şi pentru a ventila şi răcori spaţiile interioare. Răcirea solară poate fi obţinută folosind energia solară ca o sursă de căldură într-un circuit de răcire. O componentă a sistemului de răcire solară, numită generator, cere o sursă de căldură. Pentru că este nevoie de temperaturi de peste 150C, pentru ca dispozitivele de absorbţie să funcţioneze eficient sunt preferate captatoarele de energie în locul panourilor solare, pentru aceste dispozitive de răcire. O altă importantă aplicaţie a înaltei temperaturi obţinute de aceste colectoare de energie este cuptorul solar. Cel mai mare cuptor solar, localizat la Odeillo în Munţii Pirinei, în Franţa, foloseşte 9600 de reflectoare cu o arie totală de aproximativ 1860m2 pentru a produce temperaturi de circa 4000C. Dispozitivele solare de încălzire a apei sunt o altă aplicaţie ce au o largă răspândire în lume. Există 4,5 milioane de astfel de dispozitive în Japonia şi 600.000 de dispozitive în Israel. În Cipru, peste 90% din locuinţe prezintă asemenea dispozitive. În ţările aflate în curs de dezvoltare, în special cele din Asia şi Africa, deşi dispozitivele de încălzire a apei nu sunt foarte utilizate, perspectivele înmulţirii lor sunt mult mai mari decât în ţările industrializate. Aceste aprecieri au fost făcute pe baza faptului că, în regiunile tropicale, temperaturile sunt mult mai ridicate în comparaţie cu cele din regiunile temperate. Mai mult decât atât, gazele naturale nu pot fi procurate atât de uşor pentru uzul casnic, în multe regiuni, şi de aceea sunt mult mai des folosite astfel de tehnologii. Astfel, dezvoltarea acestor dispozitive ar duce la scăderea consumului de energie electrică şi creşterea, în acelaşi timp, a consumului de energie solară, fapt ce ar fi mult mai economic şi eficient pentru economiile acestor ţări. În anexa 2 este prezentată o aplicaţie ce foloseşte un colector solar pentru încălzirea apei. 20 de producători şi distribuitori de astfel de dispozitive operează în 10 ţări din Africa de Sud. Există ţări unde chiar guvernele au intervenit pentru promovarea unor astfel de tehnologii, ca de exemplu în Cipru, însă există şi ţări unde guvernele nu susţin construirea acestor dispozitive solare, cum este, de exemplu, Malta. Celulele fotovoltaice reprezintă o soluţie tentantă pentru alimentarea cu energie electrică a unor amplasamente izolate. În acest sens, principalele măsuri ce trebuie luate constau în coborârea costului celulelor fotovoltaice la preţuri acceptabile pe piaţa energetică. Pe plan internaţional s-au făcut şi se fac studii şi cercetări prin care se urmăreşte realizarea unei armonii între construcţie şi mediul ambiant şi, de asemenea, se urmăreşte realizarea unor construcţii ecologice. Se pot da ca exemple în acest sens Programul casei verzi, în Marea Britanie; Locuinţa în armonie cu mediul sau Ecocity, în Japonia; Planul verde, în Canada; Ecologia şi construcţia, în Franţa. Sectorul de construcţii – şi în special cel de locuinţe – este un mare consumator de energie, din care două treimi sunt folosite pentru încălzire, ventilare, climatizare şi apă caldă de consum şi o treime este folosită pentru iluminat, răcire, aparate casnice, etc. Politica socială dusă în raport cu asigurarea mediului ambiant, respectiv a armoniei între construcţie şi mediu, trebuie să aibă în vedere, printre altele, şi aspecte legate de calitatea confortului. În străinătate, în special în ţările avansate, se fac anchete care au un caracter tehnic, sociologic şi medical. Întrebările puse subiecţilor se referă atât la ansamblul construcţiei în raport cu mediul ambiant, cât şi la condiţiile de confort asigurate atât la locul de muncă, cât şi la domiciliu. Aceste anchete au arătat că, în majoritatea cazurilor instalaţiile ce folosesc energia solară asigură confortul termic în proporţie de 7075%, fără a periclita mediul ambiant. Demersuri pe plan mondial, cu privire la folosirea surselor de energie neconvenţionale Ziua de 22 aprilie fost a desemnată “Ziua Pământului” din anul acesta. În această zi, jumătate de miliard de oameni de pe întreg globul se vor reuni pentru a discuta problema resurselor energetice epuizabile şi înlocuirii acestora cu resursele de energie neconvenţionale. Mai mult de 3000 de grupuri din 166 de ţări vor pregăti evenimentele ce vor avea loc pe 22 aprilie. Societatea Internaţională de Energie Solară (ISES) cu 35.000 de membrii din peste o sută de ţări, pledează pentru folosire energiei solare încă din 1954. De-a lungul anilor, membrii acestei organizaţii au inventat tehnologii nucleare foarte eficiente pentru înlocuirea combustibililor. ISES a iniţializat aşa-numitul program “Şcolile solare – un viitor strălucit”. Programul încearcă să arate studenţilor importanţa folosirii şi descoperirii de noi metode prin care are loc înlocuirea resurselor convenţionale cu cele neconvenţionale. În astfel de şcoli sunt folosite acele sisteme solare nu numai pentru a reduce costurile de energie, ci şi pentru a salva planeta. În plus, în astfel de şcoli sunt organizate competiţii. Obiectivul acestor competiţii este de a permite studenţilor să îşi exprime părerile lor, în scris sau în artă (pictură, sculptură, etc.) despre aceste sisteme solare şi despre rolul pe care acestea îl joacă în viaţa noastră. Câştigătorii finali ai acestei competiţii vor primi o excursie gratuită la întâlnirea milenară organizată de ISES în New Mexico pe 17-22 septembrie, unde vor fi premiaţi. Pe 23 august 2000 va avea loc la Pitsburgh întâlnirea tuturor cercetătorilor din lume din domeniul energiei solare. Iată câteva nume importante din acest domeniu: • ROBIN K. VIEIRA, manager de programe şi analist în cercetare la Centrul de Energie Solară din Florida (FSEC), care pe 3 ianuarie 2000 a fost desemnat cercetătorul anului din FSEC. Cu o vechime de peste 15 ani în proiectarea caselor solare, Vieira a fost principalul colaborator în peste două milioane de contracte încheiate pentru realizarea unor astfel de construcţii; • HOWARD WALLANCE, preşedinte al Întreprinderilor HKW a fost nominalizat pe 17 noiembrie 1999ca cel mai bun manager care a promovat pe piaţă casele solare. Alte nume importante din acest domeniu sunt : Alex Deeb - omul de onoare al companiei Tri-Country Construction; Michael Steven Scott - omul de onoare al companiei Energy Conservation Systems; Mike Richel - omul de onoare al companiei Richel Construction; Claudia Marianne Marrero-Michalik – omul de onoare al companie San Mar Service Corporation; Pierce Jones – omul de onoare al companiei Florida Energz Extension Service. În concluzie, referitor la legătura dintre construcţie şi mediul ambiant, se pot sublinia următoarele elemente esenţiale: • mediul ambiant constituie o problemă prioritară şi calitatea lui trebuie asigurată continuu; • cerinţele calităţii şi performanţele energetice trebuie să fie asigurate; • asigurarea unei cooperări strânse între toţi factorii care contribuie la realizarea construcţiei şi a unui dialog între toţi specialiştii (arhitecţi, constructori, instalatori) în fazele de proiectare; • angajarea specialiştilor în instalaţii termice (încălzire, ventilare, climatizare, etc.) în realizarea unor norme viabile vizând asigurarea unui confort termic în încăperi pe toată perioada unui an, fără impact asupra mediului ambiant; • cooperarea internaţională, prin care specialiştii din fiecare ţară pot contribui substanţial la soluţionarea problemelor energetice din construcţii în strânsă legătură cu mediul ambiant. Pentru asigurarea armoniei dintre climatul din interiorul clădirilor şi mediul exterior s-a procedat la elaborarea unor acte normative valabile atât pe plan naţional, cât şi internaţional. S-au creat două mari categorii de acte comunitare ce conţin restricţii, pentru punerea de acord a conceptelor statelor membre ale CEE şi anume: regulamente comunitare (comune) şi directive (norme) cu caracter naţional, cu posibilităţi de extindere şi în ţările cooperante. Problema esenţială în realizarea normelor şi directivelor vizând armonizarea legăturii construcţie–mediu o constituie obţinerea unei cât mai mici poluări a mediului ambiant, care este mult mai scăzută decât în cazul folosirii energiilor primare, cât şi natura materialelor pentru construcţii şi instalaţii. Aceste norme şi reglementări, deşi elaborate sunt într-o continuă îmbunătăţire vizând, în principal, ca măsuri: economia de energie, reducerea poluanţilor sub normele admise, eliminarea pericolului de incendiu, securitatea în exploatare, etc. Energia solară, energia eoliană, energia geotermală sunt cunoscute sub numele de surse neconvenţionale de energie. Unul dintre obiectivele menţionate de Comunitatea Economică Europeană (CEE) privind protejarea combustibililor clasici îl constituie implementarea noilor forme de energii regenerabile. Noile surse de energie sunt destul de diversificate, prezentând multiple avantaje, dar şi dezavantaje, precum şi posibilităţi de utilizare mai mari sau mai mici în tehnica instalaţiilor. Pe plan mondial, trebuie menţionat că, din anii ’40, ţările avansate au luat în studiu utilizarea surselor de energie regenerabilă pentru acoperirea necesităţilor gospodăreşti şi chiar industriale. SUA se numără printre primele ţări care au făcut studii privind utilizarea energiei solare pentru încălzire, climatizare şi prepararea apei calde de consum, precum şi a energiei vântului pentru producerea de energie electrică. După anii ’70, toate ţările industrializate au trecut la cercetări legate de utilizarea altor surse de energie în afara celor clasice. Energiile regenerabile prezintă, după felul şi natura lor, o serie de proprietăţi fizice şi o serie de caracteristici tehnice. De asemenea, potenţialul lor termo-energetic depinde de natura lor, precum şi de posibilităţile tehnice de care se dispune atunci când se ia în discuţie sursa. Fiecare dintre sursele de energie regenerabile au fost studiate mai mult sau mai puţin, în funcţie de posibilităţile financiare, precum şi de posibilităţile de implementare în diverse ramuri ale economiei şi, în special, în instalaţiile termice. Studiile şi cercetările continuă şi ceea ce se poate spune despre sursele regenerabile de energie este faptul că, pe plan mondial, investiţiile făcute de unele state, sunt destul de modeste în momentul de faţă, întrucât atât investiţiile în aparatura de conversie (energie termică, energie electrică, etc.), cât şi Cheltuielile de exploatare a instalaţiilor realizate sunt încă destul de ridicate. Referitor la ţara noastră, este de arătat că, dintre sursele de energie regenerabile, energia solară ar putea fi studiată cu scopul producerii de energie termică pentru prepararea apei calde de consum în perioada caldă. La Câmpina, există, de exemplu, case solare. Până la cucerirea cosmosului, care reprezintă o sursă inepuizabilă de energie, omenirea încearcă să se limiteze la resursele pe care le pune la dispoziţie planeta noastră şi, de asemenea, încearcă să exploateze la maximum energiile solară, eoliană, geotermală.