-
Articol despre energia termica solara
Coninut
Partea a II-a
Energia termic solar
Ce este energia termic solar?
Istoric
Colectoarele termice solare i aplicaiile lor
Tipuri de colectoare solare pentru cldur
Tipuri de colectoare solare pentru producerea de energie
electric
nclzirea apei cu energie solar
Surse
-
Ce este energia termic solar?
Energia termic solar reprezint conversia energiei solare n
energie care s se poat utiliza la nclzire.
Radiaia solar care ajunge la suprafaa pmntului n fiecare zi, n
medie ( ntr-un interval de 24 de ore) este de aproximativ 165 W/m
(cu variaii semnificative n funcie de latitudine, altitudine i
vreme). Pentru a utiliza aceast surs de energie, oamenii au nceput
s priveasc cu mai mult atenie problema energiei termice solare
(cldur produs cu ajutorul radiaiei solare) i fotovoltaice (energie
electric produsa cu ajutorul soarelui).
Cantitatea total de energie solar care ajunge la suprafaa
pmntului este de cinci mii de ori mai mare dect nevoile de energie
ale societii umane, iar potenialul este mai mare dect al tuturor
celorlalte energii regenerabile la un loc.
Istoric
Primele aplicaii ale utilizrii energiei termice solare dateaz nc
din antichitate (800 C - 600 DC) cnd se utilizau lentile concave
sau convexe pentru concentrarea razelor. Utilizarea pasiv a
energiei solare s-a practicat nc din Egiptul antic, Mesopotamia i
de vechile civilizaiile sud-americane la arhitectura cldirilor lor.
De exemplu, uile erau poziionate astfel nct s fie departe de partea
nsorit la amiaz. In regiunile cu clim rece, ferestrele i uile sunt
orientate de preferin pe partea n care nu bate vntul, dar, pe ct
posibil n direcia soarelui de amiaz.
In secolul al XVIII-lea, omul de tiin Horace-Bndict de Saussure
a inventat ceea ce avea s fie precursorul panourilor solare din
zilele noastre. Prima criz a petrolului de pe la mijlocul anilor 70
a determinat apariia abordrilor practice de utilizare a energiei
solare.
Primul patent la nivel mondial pentru un sistem solar a fost
acordat productorului de metale Clarence M. Kemp din Baltimore n
1891. Acesta a fost un simplu colector de cldur pentru producerea
apei calde.
Tora olimpic se aprinde n mod tradiional nc din antichitate cu
ajutorul oglinzilor care concentreaz lumina soarelui.
Colectoarele termice solare i aplicaiile lor
Un colector este un dispozitiv care transform energia solar
ntr-o form mult mai uor de utilizat i de stocat. Energia din razele
soarelui se prezint sub form de radiaie electromagnetic ntr-un
spectru de la lungimile de und n infrarou (lungi) la lungimile n
ultraviolete (scurte). Energia solar care ajunge la suprafaa
pmntului depinde de condiiile climatice, precum i de amplasamentul
i orientarea suprafeei, dar, n general, ea este in medie de
aproximativ 1.000 W/m2 pe o suprafaa perpendicular pe razele
soarelui in condiiile unui cer senin.
Un colector termic solar este proiectat s colecteze cldura prin
absorbia luminii soarelui. Termenul se aplic panourilor pentru
prepararea apei calde, dar poate fi utilizat i pentru instalaii
mult mai complexe, cum ar fi cele solar - parabolice, cu cuv solar
i turnurilor solare, sau instalaiilor mai simple, cum ar fi cele
pentru nclzirea aerului cu ajutorul energiei solare.
Colectoarele mai complexe se utilizeaz, n general, la centralele
electrice solare, n care cldura soarelui se utilizeaz pentru a
produce energie electrica. Acest lucru se realizeaz prin nclzirea
apei si producerea aburului care acioneayz turbina conectat la un
generator electric. Colectoarele mai simple se utilizeaz de obicei
pentru nclzirea suplimentar a spaiului din cldirile rezideniale i
comerciale.
Tipuri de colectoare solare utilizate pentru obinerea
cldurii
-
Colectoarele solare se mpart n dou categorii: fr concentrare i
cu concentrare. n cazul tipului fr concentrare, suprafaa
colectorului (adic suprafaa care intercepteaz radiaia solar) este
aceeai cu suprafaa absorbant (adic, suprafaa care absoarbe
radiaia). n cazul acestor tipuri ntregul panou solar absoarbe
lumina.
Pentru nclzirea spaiului sau prepararea apei calde menajere se
utilizeaz colectoare solare plane i cu tub vidat.
Colectoare solare plane
Sistem cu panouri termice solare pentru nclzirea apei amplasate
pe un acoperi plan.Sursa:
http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_thermal_collector,
25.11.2010
Colectoarele plane care au fost realizate n anii 50, reprezint
tipul cel mai obinuit. Ele sunt alctuite dintr-o plac neted, nchis
la culoare, care absoarbe energia solar, un capac transparent care
permite energiei solare s treac prin el reducnd pierderile de
cldur, un fluid care transport cldura (aer, antigel sau ap) pentru
a duce cldura de la absorbant i un suport izolator de cldur.
Absorbantul const dintr-o foaie subire (de polimer stabil termic,
aluminiu, oel sau cupru, pe care se aplic o acoperire neagr mat sau
un strat seklectiv) n spatele creia se afl adeseori o reea sau o
nfurare de tubulatur amplasat ntr-o carcas izolat cu un capac de
sticl sau policarbonat. La panourile de nclzire cu ap, fluidul este
de obicei circulat prin tubulatur pentru a transfera cldura de la
absorbant la un rezervor de ap izolat. Aceasta se poate realiza
direct sau printr-un schimbtor de cldur. Cea mai mare parte din
instalaiile de nclzire cu aer i unele cu ap au un absorbant complet
acoperit de fluid care este alctuit din dou foi de metal printre
care trece fluidul. Deoarece suprafaa schimbtorului de cldur este
mai mare ele pot fi mai eficiente dect suprafetele tradiionale.
Exist un numr de configuraii de tuburi pentru absorbant:
harp design -ul tradiional cu suporturi de tuburi n partea
inferioar i tubul colector n partea de sus, utilizat in
termosifonul de presiune i sistemele cu pompare
serpentin un S continuu care maximizeaz temperatura, dar nu toat
energia este cedat n sistemele cu flux variabil, utilizate numai la
sistemele compacte de nclzire a apei pentru uz gospodresc (nu
pentru nclzirea spaiului)
absorbant acoperit complet de fluid care const din dou foi de
metal presat pentru a produce o zon de circulaie. Deoarece suprafaa
schimbtorului de cldur este mai mare, ele pot fi mai eficiente dect
cele tradiionale.
Majoritatea colectoarelor au o durat de via mai mare de 25
ani.
-
Colector cu tuburi vidate
Sursa:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vakuumroehrenkollektor_01.jpg,
19.11.2010
Majoritatea colectoarelor cu tuburi vidate utilizeaz ca miez
tuburi de cldur si nu trec lichidul direct prin ele. Tuburile de
evacuare a cldurii (EHPT') sunt alctuite din mai multe tuburi de
sticl, fiecare coninnd o plac de absorbant sudat la un tub. Cldura
de la captul cald al tuburilor de cldur este transferat fluidului
de transfer (ap sau un amestec cu antigel de obicei propilenglicol)
al unui sistem de producere a apei calde pentru uz casnic sau unui
sistem hidronic de nclzire a spaiului ntr-un schimbtor de cldur
denumit "multiplu". Schimbtorul de cldur multiplu este nfurat i
nconjurat de izolaie i acoperit cu o foaie de metal sau se afl
ntr-o carcas de plastic pentru a fi protejat de intemperii.
Vidul din exteriorul tubului reduce foarte mult pierderile de
cldur prin conducie i convecie, obinndu-se astfel o eficien mai
mare dect n cazul colectoarelor plane, n special n condiii de clim
rece. Acest avantaj nu este important n zone cu clim mai cald, cu
excepia acelor cazuri n care se dorete s se obin ap foarte
fierbinte. Temperaturile nalte care se pot produce pot necesita o
proiectare special al sistemului pentru a se evita sau a se atenua
supranclzirea.
Tub vidat sticl - sticl
Sursa:http://en.wikipedia.org/wiki/File:Evacuated_tube_diagram.jpg,19.11.2010
Unele tuburi vidate (sticl-metal) sunt fabricate din sticl care
fuzioneaz la eava de cldur la captul de sus i au n interior tubul
de cldur i absorbantul n vacuum. Altele (sticl-sticl) sunt alctuite
din dou tuburi de sticl, unul n interiorul celuilalt, care
fuzioneaz la unul sau ambele capete i care au vacuum ntre straturi
(ca o sticl sau plosc vidat) cu absorbantul i eava de cldur la
presiune atmosferic normal. Tuburile sticl sticl sunt foarte bine
vidate, dar cele dou straturi de sticl reduc lumina care ajunge la
absorbant i exist posibilitatea ca s ptrund umezeala n zona nevidat
a tubului i s corodeze absorbantul.
Tuburile de sticl metal permit s ajung mai mult lumin la
absorbant i protejeaz absorbantul i eava de cldur (din vacuum) de
coroziune chiar dac sunt fcute din alte materiale (vezi coroziunea
galvanic).Spaiile dintre tuburi permit ca zpada s treac printre
colectoare, minimiznd pierderea de cldur n cazul n care ninge, dei
absena cldurii radiate de tuburi poate mpiedica protejarea
corespunztoare mpotriva acumulrii de zpad.
-
Colectoare solare cu aer
Sursa:
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Transpired_Air_Collector.PNG
Colectoarele solare cu aer nclzesc aerul direct, i se folosesc
aproape ntotdeauna pentru nclzirea spaiului. Ele se utilizeaz, de
asemenea, pentru pre - nclzirea aerului de adaos n sistemele
comerciale i industriale HVAC. Ele sunt mprite n dou categorii: cu
sticl i fr sticl.
Sistemele cu sticl au un capac transparent, precum i o parte
izolat i panouri n spate pentru a minimiza pierderile de cldur n
aerul ambiental. Plcile de absorbant din panourile moderne pot avea
un grad de absorbie mai mare de 93%. Aerul trece, de obicei de-a
lungul, pe partea frontal sau posterioar a plcii absorbante prelund
cldura direct de la aceasta. Aerul nclzit poate s fie apoi utilizat
direct n aplicaii cum ar fi: nclzirea spaiului i uscare, sau poate
fi stocat pentru a fi utilizat mai trziu.
Sistemele fr sticl, sau sistemele de transpiraie, const dintr-o
plac absorbant prin care trece aerul prelund i cldura de la
absorbant. Aceste sisteme se utilizeaz de obicei la prenclzirea
aerului din cldirile comerciale.
Aceste tehnologii se numr printre cele mai eficiente, sigure i
economice tehnologii solare disponibile. Amortizarea panourilor
solare cu aer i sticl se face n mai puin de 915 ani, n funcie de
combustibilul pe care-l nlocuiesc.
Tipuri de colectoare solare pentru producerea energiei
electrice
Jgheaburile, farfuriile i turnurile parabolice descrise n aceste
seciune se utilizeaz aproape exclusiv n centralele solare care
produc energie electric, sau n scopuri de cercetare.
Jgheabul parabolic
Acest tip de colector este utilizat, n general, la centralele
electrice solare. Pentru a concentra lumina soarelui pe un tub
izolat (tub Dewar) sau tub de cldur se utilizeaz un reflector n
form de jgheab amplasat n punctul focal. Jgeabul conine un lichid
de rcire care transfer cldura de la colectoare la cazanele din
centrala electric.
Sisteme solare pentru producerea de energie electric (SEGS),
California, USA
Farfuria parabolic
Este tipul cel mai puternic de colector care concentreaz lumina
soarelui ntr-un singur punct focal, prin intermediul uneia sau mai
multor farfurii parabolice dispuse ntr-un mod similar cu cel al
telescopului care reflect lumina stelelor, sau antenei parabolice
care concentreaz undele radio. Aceast geometrie se poate utiliza la
furnalele solare i centralele solare care produc energie
electric.
Sursa: http://en.wikipedia.org/wiki/Concentrated_solar_power,
25.11.2010
-
Turnul solar
Un turn solar este un turn mare nconjurat de oglinzi de urmrire
denumite heliostate. Aceste oglinzi se aliniaz i concentreaz lumina
soarelui pe receptorul din vrful turnului, iar cldura colectat este
transferat unei centrale electrice de sub el.
Sursa: http://www.solarturm-juelich.de/en
Putei citi mai multe n legtur cu acest subiect n articolul
Centrala electric cu concentrarea energiei solare (CSP)
nclzirea apei cu energie solar
nclzitor de ap solar cu termosifon, montat pe acoperis, Sursa:
http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_water_heating
Sistemele solare de nclzire a apei (SWH) au multe inovaii i
multe tehnologii pentru regenerabile cunoscute care au fost
acceptate n majoritatea rilor de mult timp. SWH s-au utilizat pe
scar larg n Israel, Australia, Japonia, Austria i China.
Intr-un sistem SWH "cuplat strns, rezervorul se monteaz
orizontal, imediat deasupra colectoarelor solare, pe acoperi.
Pomparea nu este necesar deoarece apa fierbinte se ridic natural n
rezervor prin termosifon.
Intr-un sistem cu "circulaie pompat", rezervorul este montat n
pmnt sau n podea i se gsete sub nivelul colectoarelor; o pomp de
circulare deplaseaz apa sau fluidul de transfer al cldurii ntre
rezervor i colectoare.
Sistemele SWH sunt proiectate s produc cantitatea optim de ap
cald aproape pe tot parcursul anului. Totui, iarna, poate s nu fie
suficient cldur solar pentru a pregti suficient ap fierbinte. n
acest caz pentru nclzirea apeis e utilizeaz de obicei un booster pe
gaz sau electric.
-
Instalaii solare noi de nclzire a apei n 2007 la nivel
mondial,Sursa:
http://en.wikipedia.org/wiki/File:SolarGlobal2007V2.png ,
25.11.2010
Dup 1960, n ntreaga lume s-a nregistrat o cretere rapid a
utilizrii energiei solare pentru nclzirea apei, mai ales n Japonia
i Australia unde inovarea tehnic a mbuntit performana, durata de
via i a uurat utilizarea acestor sistemele.
Instalaia solar de nclzit apa a devenit regula n rile cu radiaie
solar din abunden cum ar fi cele mediteraneene, Japonia i
Australia.
In 2005 Spania a devenit prima ar din lume care a instalat n
cldirile noi sisteme fotovoltaice de generare a electricitii i a
doua ar din lume (dup Israel) care a instalat sisteme solare pentru
producerea apei calde n 2006.
Australia are numeroase stimulente (naionale i de stat) i
reglementri (de stat) privind energia termic solar ncepnd cu MRET
in 1997.
Sistemele de nclzire a apei cu ajutorul energiei solare au
devenit populare n China unde modelele de baz cost ncepnd de la
1500 yuani (US$190), fiind mult mai ieftine dect n rile din vest
(cu 80% mai ieftine pentru o anumit dimensiune a colectorului). Se
spune c, cel puin 30 milioane de gospodrii chineze au n prezent
unul i c popularitatea se datoreaz tuburilor eficiente care permit
nclzitoarelor s funcioneze chiar i atunci cnd cerul este nnorat i
la temperaturi mult sub nivelul de nghe. Israelul i Ciprul sunt
lideri per capita n utilizarea sistemelor de nclzire a apei cu
energie solar n peste 30%-40% din locuine.
Surse
http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_thermal_collector,
25.11.2010
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vakuumroehrenkollektor_01.jpg,
19.11.2010
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Evacuated_tube_diagram.jpg,
19.11.2010
http://en.wikipedia.org/wiki/Concentrated_solar_power,
25.11.2010
http://www.solarturm-juelich.de/en, 25.11.2010
http://www.solaripedia.com/13/32/solar_energy_generating_systems_%28mojave_desert,_californi
a,_usa%29.html
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Calefon_solar_termosifonico_compacto.jpg,
25.11.2010