ENERGIA SOLARA LA INCEPUTUL MILENIULU I XXI

Energia solara e o forma de energie produsa in Soare , ca urmare a unor reactii de fuziune nucleara . Ea este transmisa catre Pamant , prin spatiu sub forma de radiatii electromagnetice in quante de energie numite photoni , care interactioneaza cu atmosfera si scoarta terestra .

Puterea radiatiior solare la limita superioara a atmosferei , cand Pamantul este la distanta medie fata de Soare se numeste constanta solara , a carei valoare este 1.37 kW pe mp . Cantitatea de radiatii care ating scoarta e mai mica decat constanta solara datorita absorbtiei atmosferice .

Puterea energiei solare intr-un anumit punct de pe Glob se calculeaza in functie de data , de perioada zilei si de latituine . De asemenea cantitatea de energie acumulata depinde de orientarea obiectului colector .

Transformarile din natura a energiei solare

Captarea energiei solare in natura se face in atmosfera , in oceane si in regnul vegetal . Interactiunea dintre Soare si oceane produce vanturile , folosite de la inceputurile omenirii pentru navigatie . Tehnologia moderna foloseste turbine puse in miscare de vant pentru a produce energie electrica .
Aproximativ 30 % din energia solara care intra in atmosfera se consuma in ciclu apei in natura ce permite caderea ploilor si acumularea enegiei potentiale a apei a marilor fluvii folosita in hidrocentrale la obtinerea electricitatii intr-un mod ieftin , nepoluant si inepuizabil .
Prin procesul de fotosinteza , energia solara contribuie la cresterea biomasei , care poate fi folosita ca si combustibil , inclusiv lemn sau combustibili fosili rezultati si ei din plantele cara au trait acum cateva milioane de ani . De asemenea alc0olii sau metanul se pot obtine din biomasa.
De asemenea oceanul reprezinta o forma naturala de colectare a energiei solare . Ca urmare a absorbtiei radiatiei solare si a curentilor oceanici au loc variatii de temperatura de pana la 20° C la distante de numai cateva sute de metrii.
Aceste diferente mari de temperatura produc importante miscari de apa care pot fi folosite la producerea energiei electrice.






Colectarea directa a energiei solare

Sisteme solare pasive

Sistemele solare pasive acumuleaza si folosesc energia solara fara ajutorul altor instrumente mecanice sau electrice . Majoritatea cladirilor pot fi considerate sisteme solare simple , care folosesc energia solara direct prin geamuri . Cazand pe podea , ziduri sau alte obiecte , energia solara e transformata in caldura . Astfel cladirile pot fi construite in asa fel incat sa reduca necesarul de energie termica de-a lungul perioadelor reci .
De asemenea pot fi amenajate sere in zone expuse razelor soarelui o mare parte din zi , fara a necesita instalatii termice . De altfel in orice spatiu expus energiei solare temperatura suprafetei de contact si a aerului din apropiere creste simtitor .O constructie moderna ar putea folosi acest lucru. Cu cat mai multe ferestre cu atat mai ridicata temperatura in acea camera,iar un sistem de ventilatie ar permite patrunderea aerului cald si in zonele neatinse de razele solare .
Alte aplicatii “pasive” a energiei solare sunt masinile de gatit solare care sunt masini de gatit obisnuite doar cu un perete din sticla speciala care inmagazineaza caldura . Apa potabila e obtinuta din apa marilor . Razele solare produc incalzirea si apoi evaporarea apei pure care apoi e condensata si acumu-lata in recipiente speciale.

Sisteme solare active

Sistemele slolre active se refera in principal la modalitati de incalzire a apei si a aerului si sunt formate din colectorul care transforma energia solara in caldura si o transmite unui fluid care circula prin reteaua termica.
Sistemele de incalzire a aerului care asigura apa calda de larg consum (rar peste 80° C , in medie 40,50° C) sunt de doua tipuri fundamentale : cu colector plat sau format din mai multe tevi .Colectoarele plate sunt realizate dintr-un material de culoare neagra (suprafetele de culoare inchisa absorb mai multa energie decat cele deschise ) tinut intr-o carcasa menita sa reduca pierderile de caldura din contactul cu mediul. Colectoarele cu tevi au aproximativ aceeasi constructie doar ca tevile sunt aflate in vid ,pentru a micsora si mai mult pierderile.
Colectoarele cu tevi sunt mai eficiente decat cele descrise anterior dar avand o complexitate mai ridicata sunt si mai scumpe . Sistemele cu colector plat pot fi adaptate pentru incalzirea aerului din locuinte sau medii speciale.
Sistemele solare active au fost folosite cu eficienta ridicata pentru instalatii de incalzire de mica capacitate de la inceputul anilor ’70 . Casele incalzite prin radiatii solare au de obicei colectoarele situate pe acoperis. In emisfera sudica sunt orientate spre Nord iar in emisfera nordica sunt orientatee spre Sud . Unghiul optim in care sa cada radiatiile solare depinde de latitudine . Pentru o utilizare pe tot parcursul anului unghiul trebuie sa fie egal cu latitudinea ± 15°




Progrese si utilizari

Pentru aplicatii ca : aerul conditionat sau necesitati industriale , instalatiile solare descrise pana acum mu asigura cantitati destul de mari de apa incalzita sau la temperaturile necesarre . Ele pot fi folosite ca instalatii primare ridicand temperatira pana la un anumit nivel apoi locul lor fiind preluat de metodele conventionale. De asemenea pot fi utilizate instalatii solare mai complexe si mai scumpe dotate cu un sistem de oglinzi plane sau concave ce concentreaza razele solare pe o suprafata redusa . Ca rezultat a concentrarii , intensitatea energiei solare creste cu mult , temperaturile din suprafata “tinta” ajungand la sute sau chiar mii de grade Celsius. Pentru o performanta cat mai ridicata sistemul de oglinzi trebuie sa se miste dupa soare , in acest scop folosindu-se aparate numite heliostatii .
O aplicatie importanta a sistemelor solare concentrate sunt furnalele solare.
Cel mai mare dintre acestea se afla in Odeillo in Franta , foloseste 9.600 de reflectoare cu o suprafata totala de aproximativ 1.860 mp. si produce temperaturi de pana la 4.000° C . Aceste medii sunt ideale pentru cercetare ce necesita temperaturi inalte , intr-un ambient usor de controlat , ca sa nu mai amintim de avantajele economice si ecologice pe care le ofera.
La ora actuala energia electrica se obtine din cea solara prin doua metode.
Prima se obtine dintr-un colector pe care sunt concentrate razele solare , transformand apa din interior in aburi care apoi angreneaza o turbina conventionala . A doua tehnologie se bazeaza pe celule fotovoltaice – materiale semiconductoare ce transforma radiatiile solare direct in energie electrica.

Energia electrica obtinuta pe baza aburului

Centralele electrice solare folosesc doua tipuri principale de concentrare a razelor . Toate centralele cu scop comercial din lume folosesc oglinzi concave pentru a concentra energia pe tuburi ce contin lichid. Acesta e in scurt timp transformat in abur supraincalzit . A doua metoda , aflata inca in stare experimentala , difera de prima prin plasarea colectorului deasupra nivelului solului , astfel permitand mai multi reostati .
Ulterior aburul obtinut e transformat in energie electrica cu ajutorul turbi-nelor.

Folosirea celulelor fotovoltaice

Celulele fotovoltaice (FV) se bazeaza pe fenomenul ce are loc cand un amestec , intre metal si semiconductor sau doua semicondutoare de polaritate opusa , e expus radiatilor electromagnetice . Cand radiatia solara e absorbita de celulele FV electronii sunt dirijati la borna negativa , si prin adaugarea unui circuit corespunzator se produce curent electric continuu. Mai multe celule conectate intre ele in serie formeaza un modul FV . Acestea se gasesc in mai multe varietati in general cuprinse intre 20 si 100 W insa trebuie tinut cont de dependenta acestora de intensitatea luminii .
Majoritatea modulelor folosite la ora actuala sunt bazate pe silicon de inalta puritate . Acestea au o eficienta destul de ridicata , transformand aproximativ 10-15 % din lumina solara in electricitate , insa sunt foarte delicate , greu de produs si deci foarte scumpe . Alternativa cristalelor de silicon ar fi o folie subtire de FV aplicata pe un substrat corespunzator . Aceasta pare a fi o varianta mai ieftina si mai usor de produs , astfel raspandindu-se folosirea celulelor FV . Totusi peliculele sunt mai putin eficiente decat cristalele .
Modulele fotovoltaice sunt folosite inca de la sfarsitul anilor ’50 ca principala sursa de energie a satelitilor . La ora actuala se foloseste energia solara in locurile unde nu exista alte modalitati de a obtine energie electrica , care a devenit vitala pentru existenta omului. Tarile dezvoltate precum Japonia, Statele Unite sau Germania urmaresc integrarea modulelor FV in case si locuri de munca ca o modalitate ieftina si ecologica de a ne imbunatatii vietile .

Energia solara provenita din spatiu

Pe scara mondiala s-a propus producerea de energie electrica in spatiu . Acest lucru implica plasarea pe orbita Pamantului a unui satelit gigantic care sa produca energie electrica care apoi sa o trimita pe Terra sub forma de microunde , acestea urmand a fi retransformate in energie electrica . Pentru a produce energie cat o centrala atomica cu cinci reactoare de cate 1 miliard de W fiecare ar fi necesara o antena de 8 km diametru .
Principalul avantaj al obtinerii energei in spatiu ar fi intensitatea mult mai inalta a radiatiilor solare in exteriorul atmosferei .