Proiectarea unui sistem de alimentare cu energie electrica
produsa din energie solara pentru o pensiune turistica
dinzonaDobrogeiRezumatPrin acestproiect se urmareste realizarea
unui sistem de alimentare cu energie electrica produsa din energie
solara pentru o pensiune turistica din zona Dobrogei.Perioada de
activitate a pensiunii este in sezonul estival primavara vara -
toamna, iar pe perioada iernii pensiunea nu este deschisa
activitatilor de turism prin urmare numarul de consumatori
electrici in functiune este mult mai mic.Deoarece numarul
consumatorilor electrici este mai mic pe perioada iernii si mai
mare pe perioada verii necesarul de energie electrica va fi mult
mai mare pe perioada verii copmarativ cu perioada iernii.Se
urmareste ca pesiunea sa fieindependenta energetic, deci se va
proiecta un sistem off-grid.Toate elementele sistemului sunt
proiectate in functie de consumul mare din perioada
verii.AbstractThe objective of this project is to realize a system
of supplyingelectric energyproduced by using solar energy for a
tourist pension from Dobrogea.The activity period for thepensionis
in the spring-summer-autumn season and the pension is closed for
touristic activity during the winter, therefore the number of
electrical consumers in function is much smaller.Because the number
of electrical consumers is smaller during the winter and larger
during summer, the necessary of electrical energy will be much
higher during summer, compared to winter season.The goal is to have
energy independence in the pension, therefore an off-grid
systemwill be designed.All the elements of the system are designed
based on the high consumption during the summer.
Cap. 1. Introducere1.1. Descrierea amplasamentuluiDintre cele
mai uzuale aplicatii a energiei regenerabile este alimentarea cu
energie electrica a unui imobil aflat intr-o zona fara acces la
reteaua publica. Pentru aceasta aplicatie se poate opta pentru
alimentare folosind panouri fotovoltaice sau generatoare
eoliene.Pensiunea pentru care se doreste proiectarea unui sistem de
alimentare cu energie din surse regenerabile este amplasata in
sud-estul Romaniei, jud. Constanta, amplasamentul fiind situat pe
marginea lacului Siutghiol, izolat din punct de vedere energetic.
Zona Dobrogei prezinta un potential bogat in surse regenerabile
dintre care cele mai importante sunt energia eoliana si energia
solara. Deoarece pensiunea se gaseste pe culoarul de zbor al unor
pasari migratoare s-a ales folosirea panourilor fotovoltaice.
Figura 1.1. Amplasamentul pensiunii harta satelit
(googlemaps.com)Pensiunea este folosita cu preponderenta in
perioada estivala de1 mai 1septembrie perioada care corespunde si
unui potential solar fotovoltaic ridicat.Pe timpul iernii,
pensiunea va fi inchisa si ca mijloc de siguranta se vor folosi
camere de supraveghere si alarme, cu transmiterea imaginilor video
cu ajutorul internetului la proprietar.
Figura 1.2. Amplasamentul pensiunii harta rutiera
(googlemaps.com)Aceasta pensiune dispune de:14 camere, fiecare
camera avand cate un TV, o baie proprie si aer conditionat;un
receiver satelit;2 camere business class, avand in plus cate un
calculator ;bucatarie;un restaurant;spalatorie;iluminat perifericde
noapte constand in lampi solare.1.2. Descrierea
consumatorilorConsumatorii energetici sunt prezentati inTabelul 1.
1:Tabelul 1.1. Consumatorii energetic de pe
amplasamentConsumatoriPutere(W)Ore de functionare (zi)Zile de
functionare(saptamana)
Televizor color(Televizor LCD Samsung, 81cm, Full HD
32D550)110x16=176047
Reciver satelit(Receptor satelit HD Alma S-2000)3047
Masina de spalat(Samsung Eco Bubble WF1602WQU)900x3=270022
Uscator rufe(Bosch WTW86563BY)1400x3=420022
Computer (Sistem Desktop PC HP Pro 3405 AMD Dual-Core
E2-3200)(300 unitate+110 monitor+20 boxe)x3=129027
Frigider(Indesit BIAA34FXHD)308x2=616107
Aer conditionat (Samsung Maldives
AQV09PWCNCEE)740x18=1332057
Sistem audio (Sistem Home Cinema 3D cu Blu-ray Samsung
HT-D6750W/EN)7035
Bec(BEC ECONOMIC SPIRALAT 11W E27)11x40=44057
Camera supraveghere (M12D-DualNight de zi / noapte)3X10=30
Puterea totala :24456 W
Cap.2. Transformarea energiei solare in energie electrica2.1.
Energia solara: date generaleEnergia radiatiilor solare reprezinta
sursa celor mai multor energii regenerabile de pe Pamant: energiile
hidrosferei (energia termica a apei (prin incalzire directa sau
indirecta), energia cinetica a apei( valuri, curenti marini),
energia potentiala a apei raurilor), energia geotermala de
temperatura joasa, biomasa, etc..Utilizarea energiei solare dateaza
din antichitate cand era folosita la:incalzirea spatiilor de
locuit;la uscarea produselor pentru depozitare:oProduse agricole
(fructe, legume, etc.);oProduse din carne ( uscarea carnii de bizon
de catre amerindieni - America de nord, uscarea pestilor Delta
Dunarii, etc.).Pe langa aceste utilizari, sursele istorice amintesc
utilizarea energiei solare si in alte scopuri decat cele casnice.
In urma cu 2000 de ani, in anul 214 BC, inginerul grec Heron din
Alexandria a construit un sistem pentru pomparea apei care folosea
energia solara drept sursa de energie. Matematicianul grec Arhimede
a aparat Orasul grec Syracuza incendiind navele inamice prin
folosirea unor oglinzi care focalizau energia solara. Utilizarea
energiei solare pentru apararea orasului Syracuza este cea mai
veche atestare a utilizarii energiei solare prin concentrarea
acesteia [Danescu si altii,. 1980].Energia solara a devenit un
subiect foarte popular din momentul in care omenirea a realizat ca
energia constituie o componenta vitala a existentei sale in
conditiile civilizatiei moderne in multe locuri de pe planeta
noastra. Soarele ofera o alternativa viabila la solutionarea crizei
de energie, care devine din ce in ce mai accentuata odata cu
cresterea populatiei globului si ridicarea standardului sau de
viata.Se estimeaza ca rezervele mondiale de gaze naturale vor fi
epuizate in cativa zeci de ani, dupa care va urma epuizarea
petrolului in alti cativa zeci de ani si a carbunelui in cca. 300
ani [Danescu si altii,. 1980].2.1.1. Avantaje si dezavantaje ale
utilizarii energiei solareIn estimarea posibilitatilor de utilizare
e energiei solare in aplicatiile terestre trebuie avute in vedere
atat avantajele cat si dezavantajele energiei
solare.Principaleleavantajesunt urmatoarele:energia solara este
inepuizabila;este o forma de energie nepoluanta pe perioada
exploatarii;este disponibila practic pretutindeni;combustibilul
solar este gratuit.Dezavantajeleutilizarii energiei solare
sunt:radiatia solara incidenta pe Pamant este variabila, depinzand
de ciclul zi/noapte, ciclul anotimpurilor si conditiile
meteorologice locale, unghiul radiatiilor solare;energia solara la
suprafata Pamantului este dispersata, atingand la amiaza, in cele
mai bune conditii, cca 1kW/m2. [Danescu si altii,.
1980]Variabilitatea radiatiei solare atrage dupa sine necesitatea
prevederii in sistemele energetice solare a unor subsisteme de
stocare a energiei in scopul asigurarii livrarii de energie in
functie de cerere. Din pacate aceasta cerere este de multe ori
defazata fata de disponibilitatea energiei solare.Faptul ca energia
solara este dispersata conduce la necesitatea utilizarii unor
suprafete mari de captare, care pot ridica uneori probleme legate
de disponibilitatea acestui spatiu. Totusi suprafata necesara
pentru a asigura nevoile energetice ale omenirii, folosind energia
solara, reprezinta o mica portiune din suprafata necesara
producerii hranei, iar suprafetele cele mai adecvate pentru
captarea energiei solare sunt de multe ori suprafetele adecvate
pentru alte scopuri ( de exemplu: acoperisurile cladirilor,
deseurile, suprafetele intinse de apa, etc.)Deja in unele aplicatii
cum ar fi incalzirea apei, producerea de energie electrica prin
conversie fotoelectrica (destinata unor mici consumatori izolati
sau in tehnica spatiala), distilarea apei, obtinerea unor
combustibili si produse chimice prin bioconversie, cuptoarele
solare, pompele solare instalatiile solare au devenit
comercializabile in unele tari. In alte aplicatii ca: incalzirea si
climatizarea locuintelor, refrigererea, uscarea, precum si
producerea energiei electrice prin ciclu termodinamic, cercetarile
si realizarile de instalatii solare se afla intr-un stadiu relativ
avansat. [Danescu si altii,. 1980]2.1.2.SoareleSoarele este o stea
de marime mijlocie, avand raza egala cu 695 000 km si un volum de
1.42 1018km3. Distanta medie dintre Soare si Pamant este luata ca
unitate de masura in astronomie si are valoarea de 149 450 000 km;
distanta maxima se atinge in 4 iulie ( la afeliu 1.52108km) (Figura
2.1). Aceasta distanta este parcursa de radiatia luminoasa in cca.
8 min., cu o viteza de 300 000 km/s [Danescu si altii,. 1980].
Figura 2.1. Miscarea de revolutie a Pamantului[Danescu si
altii,. 1980]Studiindu-se deplasarea aparenta a petelor solare s-a
ajuns la concluzia ca Soarele executa o miscare de rotatie in jurul
axei sale avand perioada de rotatie de cca. 25 zile.O serie de
fenomene ce au loc la suprafata Soarelui ( pete, facule, flocule,
protuberante, filamente intunecate) variaza in intensitate cu o
periodicitate de 11 ani, producand la nivelul Pamantului
perturbatii ale magnetismului terestru, denumite furtuni magnetice.
Aceste fenomene au insa o contributie energetica asupra Pamantului
mult mai mica decat o are contributia termica si fotochimica a
radiatiei luminoase care atinge Pamantul si provine de la Soare
[Danescu si altii,. 1980].
Figura 2.2. Structura Soarelui si fenomene ce au loc la
suprafata soarelui ce influenteaza radiatia solara incidenta pe
Pamant (nasa.gov)InFigura 2.2se prezinta structura Soarelui. Se
apreciaza ca 90 % din energia dezvoltata in Soare se degaja in
regiunea centrala pana la o distanta de 0.23 R, care contine 40%
din masa Soarelui. La o distanta de 0.7 R de la centru, temperatura
scade de la 8 40 106K la 130000 K, iar densitatea scade de la 100
g/cm3la 0,07g/cm2. De la aceasta distanta si pana la suprafata
exterioara un rol important il joaca procesele convective de
miscare a plasmei solare, din care motiv aceasta regiune se numeste
zona convectiva. In aceasta zona, temperatura scade in continuare
pana la cca. 5000 K, iar densitatea scade si ea foarte mult,
ajungand la cca. 10-8g/cm3[Bostan si altii, 2007].Stratul superior
al zonei convective se numeste fotosfera, si reprezinta un amestec
de gaze puternic ionizate capabile de a absorbi si emite un spectru
continuu de radiatii. Din acest motiv fotosfera este practic opaca
pentru radiatia care vine din interiorului Soarelui, ea fiind sursa
principala a celor mai multe radiatii solare care se emit in spatiu
[Bostan si altii, 2007].Ultima zona este coroana solara constituita
din atomi de calciu, fier si nichel, aflati intr-un stadiu foarte
inalt de ionizare (atomi fara 10 -16 electroni). Temperatura
acestei zone este foarte ridicata cca. 106K, iar densitatea este
foarte scazuta. Coroana are o forma neregulata, variabila in timp
[Bostan si altii, 2007].Desi prezentarea de mai sus, privind
structura fizica a Soarelui, cu principalele procese din el, cu
gradientii de densitate si de temperatura din divesele straturi
componente este simplista fata de complexitatea reala a proceselor,
aceasta are totusi meritul ca scoate in evidenta faptul ca Soarele
nu functioneaza ca un corp absolut negru aflat la o temperatura
fixa. Dimpotriva, radiatia solara este rezultatul proceselor din
diversele straturi componente care emit si absorb radiatii de
diverse lungimi de unda, in spectru continuu sau in linii. Totusi
trebuie retinut ca pentru multe scopuri practice, dupa cum vom
vedea mai departe (de exemplu, in aparatele si instalatiile solare
bazate pe efectul termic al radiatiilor), se poate considera cu o
buna aproximatie radiatia Soarelui echivalenta cu aceea a unui corp
absolut negru aflat la o temperatura de cca. 5762 K. Pe de alta
parte, in cazul aparatelor si instalatiilor solare la care
principiul de functionare depinde de anumite lungimi de unda si de
distributia spectrala (de exemplu, in procesele fotochimice si
fotovoltaice) se simte nevoia, in proiectarea acestora, de unele
cunostinte mai detaliate cu privire la spectrul solar [Danescu si
altii,. 1980].2.1.3. Spectrul radiatiei solareIn studiul si
realizarea instalatiilor energetice solare, unul dintre cei mai
importanti paramertrii il constituie fluxul integral de energie
radianta care vine neincetat de la Soare pe Pamant. De problema
determinarii acestui parametru se ocupa o ramura specializata a
tehnicii de masurare, actinometria (termenul provine de la
cuvintele grecesti actis raza si metron masura). Ea foloseste
instrumente speciale, numite actinometre sau pirheliometre[Danescu
si altii,. 1980].Aceste instrumente se bazeaza in general, prin
folosirea actiunii termice a razelor solare. De exemplu, cantitatea
de energie soalara incidenta pe un centimetru patrat de pe Pamant
se poate evalua dupa cresterea temperaturii apei dintr-un vas aflat
sub incidenta razelor solare. Sunt necesare masuri de precatutie
speciale, pentru ca intreaga cantitate de caldura obtinuta de la
Soare sa fie luata in considerare, evitandu-se disiparea ei in
aer[Danescu si altii,. 1980].Cantitatea de energie care vine de la
Soare, si cade in unitatea de timp pe o suprafata unitara, dispusa
perpendicular pe razele solare, la distanta de o unitate
astronomica (149 450 000 km) de la centrul Soarelui, se numeste
constanta solara (E0). Masurari percise au condus la concluzia ca
nici un fenomen de pe suprafata solara nu influenteaza mai mult de
1.5% valoarea ei[Danescu si altii,. 1980;Bostan si altii,
2007].Pana relativ recent determinarea valorii constantei solare se
facea prin extrapolarea rezultatelor masuratorilor actinometrice
efectuate la nivelul solului (pe munti inalti), luand in
considerare transmisivitatea atmosferei in diversele portiuni ale
spectrului solar. Prin astfel de determinari C. G. Abbot a stabilit
valoarea constantei solare la 1322 W/m2. Ulterior aceste rezultate
au fost completate cu masuratori efectuate din rachete si s-a
propus valoarea 1395 W/m2(in 1954, Johnson).Mai recent, ca urmare a
cercetarilor intreprinse cu ajutorul avioanelor de mare altitudine,
a baloanelor si a navelor cosmice, a fost realizata masurarea
directa a intensitatii solare in afara atmosferei terestre, si s-a
propus o noua valoare standard pentru constanta solara ( in 1971
Thekaekara si Dummond E0= 1353 W/m2) [Danescu si altii,.
1980].Actuala valoare a constantei solare este egala cu valoarea
adoptata de World Radiation Center, de 1367 W/m2.Pe langa energia
totala a radiatiei solare ( adica constanta solara E0) pentru o
serie de aparate si instalatii energetice solare este utila si
cunoasterea distribuitiei acestei enegii pe diversele lungimi de
unda. Evident, intre curba de distributie a energiei in spectrul
razelor solare si constanta E0exista o stransa corelatie[Danescu si
altii,. 1980]:(2.1)
,unde Ireprezinta intensitatea de radiatiecorespunzatoare
lungimii de unda si se masoara nW/cm2 m sau in W/m2 m.In figura de
mai jos este reprezentata curba de distributie a energiei in
spectrul standard al radiatiei solare acceptata in prezent pe baza
masuratorilor efectuate la mare altitudine si in spatiu
extraterestru.
Lungimea de undain mFigura 2.3. Spectrul radiatiei
solare[Danescu si altii, 1980]Se constata ca in spectrul vizibil se
prezinta un maxim foarte pronuntat corespunzator lungimii de unda
de 4 700 , adica in domeniul razelor albastre. De la acest maxim
intensitatea de radiatie din spectrul vizibil scade brusc spre
capatul violet si relativ lin spre capatul rosu.Distributia
intensitatii de radiatie din spectru, functie de lungimea de unda
sau de energia fotonilor, intereseaza ca alura in special in
cercetarile si realizarile privind converisia directa a energiei
radiante solare in energie electrica in celulele fotovoltaice,
precum si in conversia fotochimica.In figura de mai jos este
ilustrat fluxul integral de energie al radiatiei solare
extraterestre, care depinde intr-o oarecare masura de distanta
Pamant-Soare rezultand variatii de la o luna la alta. Aceasta
variatie reprezinta cca. 3% din valoarea constantei solare E0.
Figura 2.4Variatia intensitatii variatiei solare pe durata unui
an de schimbat cu cea din curs[Danescu si altii, 1980]InFigura
2.5este reprezentata variatia diurnaa radiatiei solare globale pe
suprafata orizontala, la Bucuresti.
Figura 2.5Variatia diurnaa radiatiei solare globale pe suprafata
orizontala, la Bucuresti [Danescu si altii, 1980]Din fluxul
integral de energie radianta care vine neincetat de la Soare spre
Pamant, si care are valorarea constantei solare E03%, in afara
atmosferei terestre, pe Pamant ajunge o cantitate E ce are o
valoare mai mica ( in medie este de circa 0,8 0,9 kW/m2); aceasta
marime nu mai este o constanta, ci depinde de factorii geofizici si
meteorologici. Si anume, E depinde de urmatorii factori:
latitudine, altitudine, sezon, zi, ora, cantitatea de praf si
vapori de apa din atmosfera.
Figura 2.6. Bilantul energetic alradiatiei solare la suprafata
Pamantului [Bulai, 2012]De exemplu, la nivelul marii, la tropice,
la ora 12, densitatea de putere radiantaE = 1,06kW/m2. In tabelul
de mai jos se indica cateva date privind influenta unor factori
asupra densitatii de putere radianta. Se constata o puternica
influenta a umiditatii atmosferice asupra lui E. Astfel, pe timp
noros E scade de la 1.06 la 0.1 kW/m2, adica practic, devine de 10
ori mai mic.Tabelul 2.1. Caracteristicile radiatiei solare in
functie demomentul zilei si conditiile atmosferice [Danescu si
altii, 1980]Nr. ctr.Pozitia si conditiile meteorologiceE [kW/m2]Nr.
de fotoni[cm-2s-1]Energia medie pe foton [eV]
1.In afara atmosferei1,3675,8 10171,48
2.La nivelul marii, Soarele la zenit1,065 10171,32
3.Nivelul marii, Soarele la 20odeasupra orizontului0,753,9
10171,2
4.Nivelul marii, Soarele la 20o, aer umed0,63 10171,18
5.Nivelul marii, noros0,10,5 10171,44
De asemenea, si ora are o anumita influenta prin unghiul sub
care cad razele Soarelui pe Pamant. La unghiuri mai mici de
90o(fata de orizontala locului) razele Soarelui traverseaza o
cantitate mai mare de aer atmosferic, astfel ca absorbtia si
dispersia radiatiilor prin atmosfera este mai pronuntata ca la ora
12, cand grosimea stratului de aer strabatut este minima. Asa se
explica scaderea lui E de la 1,06 la 0,75 kW/m2in situatia in care
Soarele se afla la 20odeasupra orizontului.2.1.4.Influenta
factorului meteorologic asupra radiatiei solareDintre factorii
meteorologici, o influenta deosebita asupra radiatiei solare la sol
o au: transparenta atmosferei, nebulozitatea, felul norilor,
grosimea si pozitia acestora. Dintre acestia, influenta cea mai
mare o are nebulozitatea si felul norilor, care diminueaza in unele
zile cu pana la peste 90% cantitatea de radiatii ce ajunge la sol
[Danescu si altii,. 1980;Bostan si altii, 2007].Principalii factori
meteorologici care influenteaza cele trei caracterisici ale
radiatiei solare sunt:gradul de acoperire a cerului cu nori;felul
norilor;grosimea stratului norilor.Valorile maxime ale densitatii
de putere radianta sunt mai mari primavara decat toamna, ca urmare
a opacitatii mai scazute a atmosferei, datorita curatirii aerului
atmosferic in perioada de iarna prin precipitatii. In zona orasului
Timisoara, datorita unei opacitati sporite a atmosferei locale, se
inregistreaza valorile cele mai mici ale densitatii puterii radiate
directe.Norii si atmosfera preiau o parte din fluxul radiatiei
solare si-l difuzeaza spre sol sub forma de radiatie difuza. Ca
urmare, chiar in cazul cerului acoperit cu nori, Pamantul primeste
totusi o parte din radiatia solara, densitatea de putere radianta
putand ajunge in acest caz pana la 0,6 cal/cm2min.Prin insumarea
radiatiilor directa si difuza se obtine o radiatie globala. Din
cauza influentei diferite pe care o au asupra celor doua componente
ale radiatiei globale nebulozitatea si grosimea stratului de nori,
valorile extreme ale fluxului radiatiei globale au o distributie
anuala mult mai uniforma, in special valorile maxime [Danescu si
altii,. 1980].2.1.5 Durata de stralucire a SoareluiDurata de
stralucire a Soarelui, numita si durata de insolatie, reprezinta
factorul principal de caracterizare a gradului de insorire a unui
punct sau zone de pe glob. Ea indica perioada de timp din zi, luna
sau an cat Soarele a fost prezent pe cer. Se folosesc doua forme
ale acestei marimi caracteristice: durata efectiva si durata
relativa (sau fractia de insolatie).Durata efectiva de stralucire a
Soarelui reprezinta numarul de ore in care Soarele a stralucit pe
cer, exprimata in ore si zecimi de ora. Aceasta durata se obtine
din inregistrarea unor perforatii obtinute prin arderea unei
diagrame de hartie inegrita, divizata in ore si jumatati de ora,
ardere care se produce prin concentrarea razelor solare de catre un
glob de sticla sub forma unui fascicol foarte ingust.Durata
relativa (fractia de insolatie) reprezinta raportul dintre durata
efectiva si durata posibila, stabilita prin durata zilei luminoase,
determinata de pozitia Pamantului fata de Soare, ca urmare a
miscarilor sale de rotatie si revolutie. Se exprima sub forma de
fractie zecimala sau procentuala[Utilizarea Energiei Solare
Alexandru Danescu].Distributia valorilor duratei efective de
insolatie pune in evidenta zonele cele mai insorite in timpul
anului: Delta Dunarii (in care partea estica depaseste 2400 ore),
Litoralul Marii Negre (cu peste 2300 ore), Campia Romana (cu peste
2200 ore). Regiunile de ses se deosebesc intre ele ca urmare a
influentei circulatiei curentilor de aer, determinata si de
relieful muntos invecinat [minind.ro;meteoromania.ro].Valorile mai
scazute ale duratei de insolatie in zonele montane si submontane se
datoreaza nebulozitatii crescute, caracterizata printr-o frecventa
mare a numarului de zile cu ceata si cer noros sau acoperit.Prin zi
cu cer senin se denumeste acea zi in care Soarele este complet
degajat de nori de la rasarit pana la asfintit.Nebulozitatea este
singurul factor care stabileste numarul de zile senine intr-o
perioada.In general numarul mediu al zilelor cu cer senin nu
depaseste 50% din totalul zilelor lunii, cu exceptia statiilor din
Delta Dunarii si de pe litoral care ajung uneori la peste 75% in
luna august. La statiile de munte, numarul zilelor cu cer senin
iarna si toamna il depaseste pe cel din primavara si vara
[minind.ro;meteoromania.ro].Dupa cum s-a vazut mai sus, gradul de
opacitate al atmosferei influenteaza foarte mult valoarea
densitatii puterii radiante solare. O absortie importanta a
radiatiilor solare este exercitata in zona ecuatorilala de vaporii
de apa, iar deasupra pustiurilor si a stepelor continentale de
pulberile solide din aer. Cele mai transparente mase de aer pentru
radiatiile solare sunt cele continentale arctice sau antarctice, in
regim anticiclonic. Dar in aceste zone Soarele are pozitii joase
deasupra orizontului si ca urmare valoarea densitatii puterii
radiante globale este mica [minind.ro;meteoromania.ro].Pentru
zonele sudice ale Romaniei, valorile medii ale densitatii puterii
radiante solare au atins 1,28 cal/cm2min, in cazul predominarii
maselor de aer cu transparenta mare. Umezeala ridicata a aerului in
timpul lunilor de vara si poluarea atmosferei determina o scadere
sensibila a valorilor densitatilor puterii de radiatie solara
[minind.ro;meteoromania.ro].2.2 Potentialul energetic solar in zona
amplasamentuluiRomania are un potential mare pentru valorificarea
energiei solare datorita pozitiei geografice si a climei locale, ce
au o influenta deosebita (Figura 2.7). Exista zone ca Litoralul
Marii Negre si Dobrogea, dar si in zonele din sudul tarii, in care
fluxul energetic solar anual este cuprins intre 1450 1600
kwh/mp/an, ceea ce nu inseamna ca in celelalte regiuni nu intalnim
intensitate ridicata a radiatiei solare. In restul regiunilor
tarii, soarele are un flux energetic mediu ce depaseste 1250 1350
kwh/mp/an [minind.ro;meteoromania.ro].Distributia geografica a
potentialului energetic solar din Romania arata faptul ca
aproximativ 50% din teritoriu ofera un flux anual de radiatie
solara medie ce variaza intre1000 1500 kwh/mp. In privinta
valorilor lunare, radiatia solara atinge valori maxime in luna
iunie respectiv 1.49 kwh/mp/zi iar valori minime in luna februarie
de 0.34 kwh/mp/zi [minind.ro;meteoromania.ro].Potentialul energetic
solar este dat de cantitatea medie de energie solara primita in
plan orizontal, care este estimata la circa 1100 kwh/mp/an in
Romania [minind.ro;meteoromania.ro].
Figura 2.7. Harta intensitatii radiatiei solare in Europa si in
Romania. (ecoplay.ro)In Romania, in ultimii ani, s-a dezvoltat
proiectele din domeniul energiei solare. Acest domeniu s-a
dezvoltat pentru ca s-a inteles potentialul energetic solar si s-au
sustinut si promovatfinanciarde catre stat.Au fost doua moduri de
valorificare a acestui potential si anume:sub forma termicasi
electrica, respectivpotential solar-termal si potential
solar-fotovoltaic.Sistemul solar-termal este realizat cu panouri
solare plane sau cu panouri solare cu tuburi vidate, in special
pentru zonele cu radiatie solara mai mica din Europa. In evaluarile
de potential energetic au fost luate in considerare aplicatiile
care privesc incalzirea apei, a incintelor/piscinelor (incalzire
locuinte, apa calda menajera, etc).Sistemul solarfotovoltaic, este
sistemul care are scopul de a converti lumina solara in
electricitate.Energia solara este curata, nu produce poluarea
aerului, a solului, a apei si nici deseuri periculoase, nu este
nevoie ca nici un fel de combustie lichida sau gazoasa sa fie
transportata sau arsa. Si pentru ca sursa de energie, in acest caz
radiatia solara, este gratuita si abundenta, sistemele solare pot
oferi energie electrica sau termica .[minind.ro;meteoromania.ro].Cu
toate acestea, astazi, aceasta tehnologie se confruta cu diverse
impedimente, in principal costurile construirii unui astfel de
sistem, generarea de energie si transportul acesteia, precum si
dificultati in obtinerea de finantare pentru dezvoltarea acestor
tehnologii relativ noi.[ecoplay.ro]Evolutiile tehnologice ale
colectorilor solari, de la captatorul pana la cele mai moderne
constructii existente la ora actuala, captatoare solare cu tuburi
vidate, au avut ca scop cresterea capacitatii de absorbtie a
radiatiei solare si reducerea intr-o proportie cat mai mare a
diverselor tipuri de pierderi.Radiatia solara este neuniform
distribuita pe intregul Pamant, pozitia geografica si conditiile
climatice locale, avand o influenta deosebita pentru impactul
radiatiei solare asupra suprafetei terestre. Cateva dintre datele
statistice referitoare la radiatia solara, disponibile pentru
Romania sunt prezentate in tabelele de mai jos
[minind.ro;meteoromania.ro]
Tabelul 2.2Valorile extreme ale densitatii puterii radiante
directe Ed[cal/cm2min] pe o suprafata
normala[meteoromania.ro]StatiaValori extremeLunile anului
IanuarieFebruarieMartieAprilieMaiIunieIulieAugustSeptembrieOctombrieNoiembrieDecembrie
ConstantaMaxMin1.270.151.360.151.440.141.450.141.410.151.580.151.410.091.420.281.420.161.410.211.310.121.300.17
Tabelul 2.3Valorile extreme ale densitatii puterii radiatiei
globale Eg[cal/cm2min] pe o suprafata
orizontala[meteoromania.ro]StatiaValori extremeLunile anului
IanuarieFebruarieMartieAprilieMaiIunieIulieAugustSeptembrieOctombrieNoiembrieDecembrie
ConstantaMaxMin0.880.021.010.061.400.081.540.051.560.061.610.121.590.091.510.151.380.101.230.050.870.010.700.03
Tabelul 2.4. Densitatea puterii radiatiei globale
Eg[cal/cm2min], pentru cer senin (nebulozitatea 0 3), pe o
suprafata orizontala[meteoromania.ro]OraLunile anului
IanuarieFebruarieMartieAprilieMaiIunieIulieAugustSeptembrieOctombrieNoiembrieDecembrie
Constanta (1960-1966)
60.110.220.260.240.140.05
90.270.430.670.860.981.030.980.900.750.530.320.23
120.610.760.991.191.291.341.321.231.080.860.610.55
150.250.410.620.890.961.050.980.890.740.510.280.20
180.030.090.190.240.210.120.05
Tabelul 2.5. Densitatea puterii radiatiei globale
Eg[cal/cm2min], pentru cer acoperit (nebulozitatea 8-10) pe o
suprafata orizontala[meteoromania.ro]OraLunile anului
IanuarieFebruarieMartieAprilieMaiIunieIulieAugustSeptembrieOctombrieNoiembrieDecembrie
Constanta (1960-1966)
60.060.130.160.120.110.04
90.110.170.270.400.530.630.610.500.330.250.140.09
120.240.330.450.590.750.790.830.680.600.480.280.22
150.100.180.260.360.500.510.540.470.380.220.130.08
180.010.050.130.130.150.080.03
Tabelul 2.6. Densitatea zilnica a radiatiei globale Q
[cal/cm2zi] pe o suprafata
orizontala[meteoromania.ro]LocalitateaU.M.Lunile anului
IanuarieFebruarieMartieAprilieMaiIunieIulieAugustSeptembrieOctombrieNoiembrieDecembrie
ConstantaQsQaQ195.562.0132.2332.5103.4203.2465.0148.4413.8585.0168.2413.8685.0185.9514.0724.0218.0586.3704.2242.7606.3617.0222.6537.6480.0187.8415.8368.0113.7269.4247.062.7136.8155.056.4100.1
Tabelul 2.7. Densitatea lunara a radiatiei globale Q
[kcal/cm2luna] pe o suprafata orizontala
v[meteoromania.ro]StatiaLunile anului
IanuarieFebruarieMartieAprilieMaiIunieIulieAugustSeptembrieOctombrieNoiembrieDecembrie
Constanta4.155.809.5312.5315.8217.6518.7616.7212.488.324.153.10
Tabelul 2.8Densitatea anotimpuala si anuala a radiatiei globale
Q [kcal/cm2anotimp]; [kcal/cm2an], pe o suprafata
orizontala[meteoromania.ro]StatiaDensitatea
anotimpualaDensitateaAnuala
IarnaDec. Febr.PrimavaraMart. MaiVaraIunie - Aug.ToamnaSept.
Nov.
Constanta13.0537.0951.6224.95128.21
2.3 Efectul fotovoltaic2.3.1 GeneralitatiEfectul fotovoltaic a
fost descoperit in anul 1839 de fizicianul francez Alexandre Edmond
Becquerel. In 1876 William G. Adams si Richard E. Day arata acest
efect pe un cristal de seleniu. De abia in 1905 Albert Einstein
reuseste, sa explice efectul foto, luand, in 1921 premiul Nobel
pentru fizica. In jurul anului 1950 cercetatorii s-au reusit pentru
prima oara obtinerea unei celule de siliciu cu un randament peste
4%. Pana in anii 1970 aceste celule erau utilizate in special in
crearea enrgiei satelitilor, insa odata cu criza energetica a
anilor 70 s-a dezvoltat puternic aceasta tehnica. Tarile care au
ajutat in dezvoltarea si perfectionarea celulelor fotovoltaice
sunt: SUA, Japonia si RFG[Cotfas,2010].
Figura 2.8.Primele panouri fotovoltaice
(alternativepureenergy.ro)In cea mai generala acceptiune, prin
efect fotoelectric intern, se intelege generarea de purtatori
mobili de sarcina intr-un semiconductor, sub influenta luminii.
Neologismul fotovoltaic (photovoltaic, engl.) este sinonim cu
fotoelectric, dar restrange definitia efectului fotoelectric intern
la acea clasa de fenomene fotoelectrice in care energia luminoasa
este convertita direct in energie electrica. Cu alte cuvinte, daca
intr-un semiconductor sub actiunea luminii sunt generati purtatori
mobili de sarcina, intre doua puncte ale sale poate sa apara o
diferenta de potential in urma separarii purtatorilor. Separarea se
poate face sub actiunea campurilor electrice interne, datorate
neomogenitatii structurii (jonctiunea p-n este un bun exemplu), sau
sub actiunea unui camp magnetic sau a unui gradient de temperatura.
Functionarea celulelor solare se bazeaza in exclusivitate pe acele
fenomene fotovoltaice in care campul electric intern ia nastere ca
urmare a neomogenitatii semiconductorului. In cele ce urmeaza vor
fi analizate numai fenomenele din aceasta categorie: efectul
Dember, efectul fotovoltaic la jocntiunea p n sau la contactul
metal, semiconductor. [Paulescu si altii, 2001]Insa, inainte de
astea, se impune inca o precizare legata de semantica sintagmelor
care contin cuvantul fotovoltaic. Astfel, spre exemplu, prin
tensiune fotovoltaica se va intelege tensiunea electromotoare care
apare intre doua puncte ale unui semiconductor ca rezultat a unui
efect fotovoltaic. De asemenea, celula solara sau celula
fotovoltaica are acelasi inteles: un dispozitiv semiconductor a
carui functionalitate se bazeaza pe unul din efectele fotovoltaice
enumerate. [Paulescu si altii, 2001]2.3.2 Efectul DemberConsideram
un semiconductor omogen, de forma paralelipipedica pe care cade
fasciculul de lumina. (figura 2.8)
Figura 2.9. Sectiune transversala intr-un semiconductor iluminat
[Paulescu si altii, 2001]In apropierea suprafetei iluminate, S1,
vor fi generate perechi electron-gol sim ca urmare, concentratia
purtatorilor de sarcina va creste in imediata vecinatate a
acesteia. Astfel, va aparea un gradient de concentratie pe directia
x, care va antrena difuzia purtatorilor spre fata neiluminata.
Deoarece mobilitatea electronilor este mai mare decat a golurilor (
n> p) electronii vor difuza mai rapid spre fata intunecata,
incarcand-o negativ, iar zona adiacenta asuprafetei iluminate se va
incarca pozitiv. Rezultatul este aparitia unui camp electric
intern,, camp Dember, si corespunzator, a unei tensiuni
electromotoare, VD, tensiune Dember, intre cele doua suprafete,
iluminata si neiluminata.[Paulescu si altii, 2001]Campul electric
Dember, orientat in sensul axei x in figura 2.8 se opune difuziei,
dand nastere unor curenti de drift care, la echilibru, vor compensa
curentii de difuzie.2.3.3 Efectul fotovoltaic la jonctiunea p
nJonctiunea p n este un semiconductor neomogen in care intr-o
anumita zona, prin procedee tehnologice specifice, sunt concentrate
impuritati donoare iar in alta zona invecinata impuritati
acceptoare. Altfel spus, jonctiunea p n se formeaza daca in acelasi
cristal semiconductor exista o regiune de tip p si o regiune de tip
n aflate in contact. In vecinatatea interfetei cristalul are o
comportare cu totul diferita de cea a semiconductoarelor n si p
luate separat. Zona de trecere sau regiunea de sarcina spatiala
conferaproprietati remarcabile jonctiunii in ansamblu[Cotfas,
2010].In procesul de fabricatie, in momentul contactului celor doua
regiuni dopate diferit are loc difuzia purtatorilor de sarcina
majoritari si in apropierea planului de separatie apare o zona de
sarcina spatiala fixa. Sarcinile spatiale produc un camp electric
orientat de la sarcina pozitiva spre cea negativa.Prin orientare,
campul electric se opune difuziei purtatorilor de sarcina
majoritari si antreneaza driftul purtatorilor minoritari. Existenta
campului electric E implica o variatie a potentialului de-a lungul
regiunii golite. La echilibru, curentii de difuzie si de drift sunt
egali si toate marimile electice au distributii stationare[Cotfas,
2010].2.3.4 Efectul fotovoltaic in heterojonctiuniPrin
heterojonctiune se intelege jonctiunea care se formeaza la
contactul dintre doua materiale semiconductoare diferite. Spre
deosebire de jonctiunea p n obisnuita, in cazul heterojonctiunii
largimea benzii interzise si constantele dielectrice sunt diferite
in cele doua regiuni. Intrucat structura cristalina a celor doua
materiale este diferita, la suprafata de separatie, interfata, apar
stari localizate care pot juca rol de centri de recombinare.
Principiul de functionare poate fi urmarita considerand modelul
benzilor de energie al unei heterojonctiuni p n ipotetice, abrupte,
ideale, model propus de Anderson in care se neglijeaza starile de
interfata.[Paulescu si altii, 2001]2.3.5 Efectul fotovoltaic la
contactul metal-semiconductorIn corpul solid se afla o groapa de
potential. Pentru ca acestia sa poata sa paraseasca corpul solid
este necesar sa li se transmita energie din exterior. Aceasta poate
fi comunicata prin mai multe metode, prin care si iluminarea.
Lucrul de iesire, notat de obcei cu , reprezinta energia necesara
pentru a scoate in vid un electron situat la nivelul energetic
Fermi intr-un solid. Energia necesara pentru a scoate in vid un
electron situat la minimul benzii de conductie a unui
semiconductor, se numeste afinitate. [Paulescu si altii, 2001]Daca
un metal se aduce in contact cu un semiconductor, atunci, in mod
obisnuit, are loc o redistribuire a sarcinilor si corespunzator,
curbarea benzilor de energie in zona din apropierea contactului.
Bariera energetica care ia nastere se numeste bariera
Schottky.[Paulescu si altii, 2001]2.4 Sisteme fotovoltaice2.4.1
Tipuri de sisteme fotovoltaicePe langa generatorul fotovoltaic -
celula, modulul, sau panoul fotovoltaic, pentruutilizarea eficienta
a energiei electrice mai sunt necesare si alte componente.Spre
exemplu, pentru a compensa dependenta generarii energiei electrice
denivelul radiatiei solare, in majoritatea este necesar un mijloc
de stocare aenergiei electrice, respectiv de un
acumulator.Functionarea corecta a acestuia presupune existenta unui
bloc de control aincarcarii. Adaptarea parametrilor electrici ai
consumatorului la cei aigeneratorului fotovoltaic necesita fie un
convertor cc-cc, fie unul cc-ca, fieambele. In unele situatii
generatorul fotovoltaic este dublat de resursealternative
(generator eolian sau diesel). Toate aceste componente
functionandimpreuna, se constituie intr-un sistem, numit sistem
fotovoltaic.Sistemele fotovoltaice se impart in doua grupe
mari:sisteme autonome ('stand-alone'), care alimenteaza
consumatorineconectati la reteaua publica de c.a.;sisteme
neautonome, sau conectate la reteaua publica de c.a ('grid
-connected').[et.upt.ro]
Figura 2.10Evolutia ponderii celor doua tipuri de sisteme
fotovoltaice [et.upt.ro]2.4.1.1. Sisteme fotovoltaice autonome
(stand-alone)Sistemele fotovoltaice autonome (stand-alone) sunt
utilizate pentru locuinte izolate, situate la distante mari fata de
reteaua nationala, greu accesibile, sau cu un consum prea mic
pentru a fi conectate la reteua nationala.Aceste sisteme trebuie sa
stocheze, folosind baterii, energia produsa de catre modulele
fotovoltaice pentru a asigura energia necesara chiar si pe timpul
noptii sau atunci cand nu este soare. Sistemele cu consum mic,
pentru iluminare, pot fi realizate folosind curentul continuu de
12V. Sistemele cu consum mai mare sunt realizate cu curent continuu
de 24/48VPentru a obtine curent alternativ, similar celui din
reteaua nationala, se foloseste un invertor, care transforma
curentul continuu in curent alternativ de 220V sau 380V
trifazat.Bateriile sunt protejate cu ajutorul regulatorului de
incarcare. Acesta este inima sistemelor de tip stand-alone si
controleaza incarcarea, prelungind durata de viata si eficienta
sistemului.Pentru o dimenionare corecta a instalatiei este necesara
cunoasterea nevoilor de consum zilnic (Watt sau Ah) ale
locuintei.Sistemele fotovoltaice independente pot fi realizate in
doua variante de topologii: magistrala de curent alternativ (AC
Bus) sau magistrala de curent continuu (DC Bus). Sistemele
fotovoltaice de tip magistrala de curent continuu sunt utilizate
pentru puteri nominale mici (pana la 1-2 kilowati) in timp ce
sistemele de tip magistrala de curent alternativ nu sunt limitate
in ceea ce priveste puterea maxima.[et.upt.ro]
Figura 2.11. Sistem autonom simplu[et.upt.ro]Principala
diferenta dintre aceste sisteme consta in felul in care este
transformata energia de curent continuu generata de panourile
fotovoltaice in energie de curent alternativ necesara pentru
alimentarea consumatorilor. Sistemele fotovoltaice de tip
magistrala de curent alternativ sunt mai eficinte si un randament
mult mai mare decat al sistemelor de tip magistrala de curent
continuu pentru ca energia panourilor este transformata direct in
energie de curent alternativ iar invertoarele de retea sunt
prevazute cu algoritm de determinare si urmarire a punctului de
putere maxima.[et.upt.ro]
Figura 2.12.Sistem autonom pentru alimentarea unei
cladiri[et.upt.ro]Un sistem fotovoltaic de tip magistrala de curent
alternativ se compune dintr-un generator fotovoltaic, unul sau mai
multe invertoare de retea, unul sau mai multe invertoare de
baterii, o baterie de acumulatori pentru stocarea energiei
electrice si optional un grup electrogen ca sursa de rezerva.
Invertoarele de retea pentru aceste sisteme transforma energia de
current continuu generata de panourile fotovoltaice in energie de
current alternativ si o injecteaza direct in reteaua electrica a
locuintei. Surplusul de energie generat in timpul zilei este stocat
in acumulatori pentru a asigura necesarul de energie pe timpul
noptii cu ajutorul invertoarelor de baterii.[et.upt.ro]Invertoarele
de baterii pentru sistemele fotovoltaice de tip magistrala de
curent alternativ sunt bidirectionale si realizeaza, pe langa
conversia energiei de curent continuu stocata in acumulatori in
energie de curent alternativ ori de cate ori consumul este mai mare
decat puterea generata de panourile fotovoltaice, si controlul
tensiunii si al curentului de incarcare al bateriilor.Un sistem
fotovoltaic de tip magistrala de curent continuu are in compunere
un generator fotovoltaic, unul sau mai multe controlere de
incarcare baterii, unul sau mai multe invertoare de baterii, o
baterie de acumulatori pentru stocarea energiei electrice, si
optional un grup electrogen ca sursa de rezerva. In aceste sisteme,
energia de curent continuu generata de panourile fotovoltaice este
mai intai stabilizata in tensiune cu ajutorul controlerelor de
incarcare si stocata in baterii de acumulatori. Invertoarele de
baterii pentru sistemele fotovoltaice de tip magistrala de curent
continuu nu sunt bidirectionale, ele asigura doar conversia
energiei de curent continuu de la bornele acumulatorilor in energie
de curent alternativ pentru alimentarea
consumatorilor[et.upt.ro]2.4.1.2 Sisteme fotovoltaice neautonome
grid connectedSisteme fotovoltaice grid connected sunt permanent
conectate la reteaua nationala de distributie a energiei electrice.
Cand sistemul fotovoltaic nu produce suficient pentru acoperirea
necesarului de consum, diferenta se completeaza din retea. Atunci
cand sistemul produce mai multa energie decat necesarul de consum,
diferenta este introdusa in reteaua nationala.[et.upt.ro]Un sistem
fotovoltaic pentru conectare la retea este compus din:module
fotovoltaice, al caror numar si putere sunt determinate de consumul
de energie pe care trebuie sa-l acopere si de datele georafice ale
amplasamentuluiinvertor, al carui rol este de a transforma curentul
continuu produs de instalatia fotovoltaica in curent
alternativ.Sistemul de montaj, in functie de locul unde se
intaleaza sistemulCabluri electrice.In general necesarul mediu de
consum al unei familii este acoperit de un sistem fotovoltaic cu o
putere de 2kW. Un astfel de sistem ocupa o suprafata de pana la 20
m2si produce pana la 2500 kWh anual.
Figura 2.13Sistem fotovoltaic
neautonom[altiusfotovoltaic.ro]Sistemele fotovoltaice conectate la
retea reprezinta cea mai la indemana si cea mai oportuna investitie
a momentului in Romania, avand o rata de profitabilitate foarte
mare si o durata de amortizare de aproximativ 6 ani. Tara noastra
ofera conditii favorabile. Aproximativ cele mai favorabile din
Europa pentru aceste investitii, cadrul legal de promovare a
producerii energiei din surse regenerabile fiind prevazute in Legea
nr. 220/2008 completata prin OUG nr. 88/2011. Pentru energia
electrica produsa in centrale fotoelectrice se acorda pentru
fiecare MWh livrat in retea 6 vertificate verzi avand valoarea
nominala de 40 Euro care se tranzactioneaza pe piata la o valoare
medie de 52 Euro.Daca obiectivul (casa, imobil, unitate economica,
etc) este deja conectat la retea ca loc de consum, cei interesati
sa investeasca in sisteme fotovoltaice pot opta doar pentru
reducerea consumului propriu sau pentru o solutie destinata
exclusiv producerii de energie electrica. Din punct de vedere al
avizelor si aprobarilor necesare pentru realizarea investitiilor in
sisteme fotovoltaice pentru consum propriu procedura este mult mai
simpla pentru cele destinate consumului propriu, dar acestea nu
beneficiaza de schema de sprijin. Certificatele verzi se acorda
numai pentru sisteme fotovoltaice a caror productie de energie
electrica este injectata integral in retea si nu este utilizata
pentru autoconsum.Racordarea la SEN pentru sisteme fotovoltaice
destinate consumului propriu se face pe racordul existent, iar daca
nu se solicita marirea puterii avizul tehnic de racordare se obtine
in circa 1-2 luni de la demararea procedurii. Racordarea la SEN
pentru sisteme fotovoltaice destinate exclusiv livrarii in retea a
energieie electrice produse se face pe un cablu de record separat
de racordul de consum. Masurarea energiei injectate in sistemul
national se face cu un contor separat, iar investitorul vinde
energia pe piata de energie electrica (OPCOM), ca orice alt
producator obtinand pentru aceasta pretul pietei, iar pentru
acoperirea integrala a costurilor de producere si obtinerea unui
profit primeste pentru fiecare 1 MWh de energie electrica livrat in
retea 6 certificate verzi care pot fi tranzactionate in limitele de
pret legal stabilite.
Figura 2.14. Sistem fotovoltaic neautonom conectat la reteaua
publica [et.upt.ro]2.4.2 Componentele sistemelor
fotovoltaiceComponenta de baza a oricarui sistem fotovoltaic este
panoul (modulul)fotovoltaic, fabricat prin interconectarea a mai
multor celule fotovoltaice.Celula solara a fost utilizata pana nu
demult ca sursa de energie doar in aplicatiile spatiale.In ultimii
ani industria in domeniu a cunoscut o crestere deosebitadatorita
progreselor inregistrate in tehnologia semiconductorilor, materiade
baza a celulei fotovoltaice fiind siliciul.Exista astazi diverse
clasificari ale celulelor fotovoltaice. Astfel, clasificarea se
poate face in functie de:Grosimea stratului materialului: celule cu
strat gros si celule cu strat subtire;Tipul de material: materiale
semiconductoare (Si, Ge, CdTe, GaAs, GaAlAs, GaInAsP, InAs, InSb,
InP sau CuInSe), materiale organice sau utilizarea pigmentilor
organici.Tipul jonctiunii: unica jonctiune, multijonctiune sau
tandem;Evolutia tehnologiei de fabticatie: celule de prima
generatie (Si, ), a doua generatie (celule cu strat subtire), a
treia generatie (celule organice)[Cotfas, 2010]In urma procedeului
de fabricatie si structura materiei prime celulelepot fi:Celule
monocristaline (siliciul monocristalin). Celulele sunt
fabricateprin taiere dintr-un cristal de siliciu cilindric. Este
cea mai eficienta tehnologie fotovoltaica, avantajul celulelor
monocristaline fiind eficienta ridicata (in jur de 15%). Procesul
de fabricatie fiind mai complex, este mai costisitor decat alte
celule de siliciu;Celule policristaline se fabrica prin taiere de
straturi subtiri din siliciu topit si recristalizat. Procesul de
fabricatie este mai putin costisitor, iar eficienta celulelor
ajunge la aproximativ 12%. Celulele policristaline au o textura
granulara;Celule de siliciu amorf, acestea se compun din atomi de
siliciu care se regasesc intr-un strat subtire si omogen dar cu o
structura mai rara decat cea cristalina. Aceste celule absorb mai
eficient lumina, deci ele pot fi mai subtiri si potfi fixate pe
diverse suprafete atat rigide, cat si flexibile. In general
eficienta lor este in jur de 6%.Pentru a forma un sistem complet,
acestea mai trebuie sa includa si alte echipamente, pentru ca
energia generata sapoata fi utilizata in sisteme de utilizare
clasice, in functie de nevoi. Aceste echipamente sunt: invertorul
(transformacurentul continuu in curent alternativ) baterii de
acumulatori, sisteme de conectare, etc.[Cotfas, 2010]2.4.2.1
Structura sistemului fotovoltaic independent.Un sistem autonom (
curent alternativ ) este compus in general din 10 sau mai multe
panouri fotovoltaice, mai multe acumulatoare si unul sau mai multe
inversoare. In cazul in care sunt conectati consumatori de putere
mare si se necesita o functionare continuu (frigidere,
congelatoare, sisteme de supraveghere etc. ), in asa caz conectarea
mai multor inversoare este solutia cea mai optima.Pentru a preveni
supraincarcarea bateriei sau descarcarea completa a acesteia se
foloseste un regulator (controler) de incarcare, montat intre
generatorul fotovoltaic si acumulator. Regulatorul de incarcare
contine, de obicei si o dioda de protectie la descarcare, care
previne descarcarea bateriei pe timp de noapte prin generatorul
fotovoltaic. Un regulator de incarcare bun consuma foarte putin si
are o tensiune de mers in gol scazuta, ceea ce protejeaza
acumulatorul sa nu se descarce.[Cotfas, 2010]Acumulatorul
inmagazineaza energia produsa de generatorul fotovoltaic si o
furnizeaza consumatorului in caz de vreme rea sau pe timpul noptii.
Dispozitivele care se alimenteaza de la generatorul fotovoltaic
folosesc pentru stocare cel mai des baterii nichel cadmiu (NiCd)
sau nichel metal hidrid (NiMH). Totusi se folosesc si baterii cu
plumb, baterii litiu ion sau condensatori (numiti si condensatori
dublu strat).In sistemele fotovoltaice care alimenteaza resedinte
permanente, care au cicluri de incarcare/descarcare zilnice, se
folosesc, de obicei, baterii cu anozi tubulari (OpzS). Acestea au
un numar mare de cicluri si prin urmare, durata de viata mai lunga.
Adesea, se folosesc baterii normale de masina deoarece sunt mai
usor de procurat si sunt mai ieftine.[Cotfas, 2010]Pentru adaptarea
tensiunii de iesire a generatorului la tensiunea necesara
consumatorului se foloseste un regulator de tensiune. Pentru
dispozitivele alimentate de celule fotovoltaice, regulatorul este,
de obicei, un convertor c.c./c.c. (curent continuu / curent
continuu), care transforma un curent continuu de o anumita valoare
in curent continuu cu alta valoare.[Cotfas, 2010]
Figura 2.15. Sistem stand-alone[altiusfotovoltaic.ro]
Cap.3. Calculul necesarului de energie3.1 Calculul necesarului
de energie in curent alternativTensiunea permite curentului
electric sa circule, asa cum presiunea impinge apa printr-o
conducta. Curentul continuu circula de la polul pozitiv la cel
negativ. Aceasta se intampla in cazul pilelor, al bateriilor sau al
acumulatorilor, a caror tensiune poate fi de 1,5; 3; 4,5; 6 sau 9
Volti. Curentul alternativ se inverseaza (prin conventie) de 50 de
ori pe secunda sau cu o frecventa de 50 de herti (in Europa
continentala). In acest caz nu mai putem vorbi despre poli pozitivi
si negativi, ci despre faza si nul. Curentul electric care este in
fiecare locuinta, este in marea majoritate a cazurilor, curent
alternativ de 220V si 50 Hz.Intensitatea curentului electric este
similara debitului de apa care curge prin robinet. Ea se masoara
prin amperi (A). Un bec de 100W este traversat de curent de 0,5 A,
iar un fier de calcat de un curent de 5 sau 6 A.Puterea electrica
este egala cu produsul dintre tensiune si intensitate, iar unitatea
sa de masura este Watt-ul (W).Energia consumata de un aparat se
masoara in kilowati-ora. Consumul este dat de produsul dintre
puterea (exprimata in KW) si numarul de ore de functionare.Tabelul
3.1. Calculul necesarului de energie electrica pe timpul
veriiNr.ctr.ConsumatorNr.
consumatoriPutere(w)VaraPrimavara-Toamna
Numarul de ore de functionareConsumulNumarul de ore de
functionareConsumul
1Televizor color161104704047040
2Reciver Satelit13041204120
3Masina de spalat39002540025400
4Uscator rufe3140028400416800
5Computer34302256032560
6Frigider220810616083328
7Aer conditionat18740566600226640
8Sistem audio17032103210
9Bec40115220073080
10Camera supraveghere1032472024720
CONSUM TOTAL9977466262
Tabelul 3. 2. Calculul necesarului de energie electrica cand
pensiunea nu este
locuitaNr.ctr.ConsumatorNr.consumPutere(w)Iarna
Numarul de ore de functionareConsumul(W)
1Computer1300247200
2Reciver Satelit13024720
3Camera supraveghere1032472
CONSUM TOTAL7992
Cap.4. Calculul si alegerea componentelor sistemului
fotovoltaicoff-grid4.1.Calculul si alegerea panourilor
fotovoltaice4.1.1. Alegerea modelului panoului fotovoltaicVom alege
din urmatoarea lista panoul cel mai convenabil la calitate.Tabelul
4.1. Tabel lista-oferte panouri fotovoltaice [ecovolt.ro]Denumirea
panoului fotovoltaicImagineaCaracteristici
ET-M53690-90WPutere: 90 WTensiune: 12 VGreutate: 1.20
kgDimensiuni: 34 x 176 x 401 mm
ET-M53925-25WPutere: 25 WTensiune: 12 VGreutate: 1.20
kgDimensiuni: 34 x 176 x 401 mm
ET-M572175-175WPutere: 175 WTensiune: 24 VGreutate: 1.20
kgDimensiuni: 34 x 176 x 401 mm
STB085S-12/BbPutere: 85 WTensiune: 24 VGreutate: 0.80
kgDimensiuni: 18 x 306 x 216 mm
STB090S-12/BbPutere: 90 WTensiune: 24 VGreutate: 0.80
kgDimensiuni: 18 x 306 x 216 mm
STB130S-12/TPutere: 130 WTensiune: 24 VGreutate: 0.80
kgDimensiuni: 18 x 306 x 216 mm
STP045S-12/RbPutere: 45 WTensiune: 24 VGreutate: 0.80
kgDimensiuni: 18 x 306 x 216 mm
BS-190-5M6.1Putere: 190 WTensiune: 24 VGreutate: 15.50
kgDimensiuni: 46 x 808 x 1580 mm
BS-245-6M15Putere: 245 WTensiune: 24 VGreutate: 19.50
kgDimensiuni: 40 x 991 x 1650 mm
BS-250-6MB15Putere: 250 WTensiune: 24 VGreutate: 19.50
kgDimensiuni: 40 x 991 x 1650 mm
Din acest tabel vom folosi panourile fotovoltaice cu denumirea
BS-250-6MB15 care are cea mai mare putere, adica 250W.4.2.2.
Calculul numarului de panouriEnergia care trebuie produsa de
panouri se calculeaza cu formula 4.1.4.1.
Ep- Energia care trebuie produsa de panouri;Ec Energia consumata
de pensiune;K pierderile prin cablu .Numaul de ore de stralucire a
soarelui in Constanta este prezentat inFigura 4.1.altele.
Figura 4.1.Numar de ore de stralucire a soarelui in judetul
Constanta [meteoromania.ro]4.2.
In care:Pc puterea critica;G- valoarea medie a radiatiei solare
se adopta valoarea 8;Numarul de panourinecesare se calculeaza cu
urmatoare formula:4.3.
Pentru alimentarea pensiunii cu energie electrica produsa din
energie solara sunt necesare un numar de 63 de panouri fotovoltaice
monocristaline de putere 250W.4.2.Calculul si alegerea
Invertorului4.2.1. Calculul puterii invertoruluiAlegerea
invertorului se face in functie de consumul orar maxim al
componentelor electrice si electronice ale statiei (Tabelul
4.1).Tabelul 4.2. Calculul consumului orar
maximNr.ctr.ConsumatorNr.consumPutere(w)
individualaTotala
1Televizor color161101760
2Reciver Satelit13030
3Masina de spalat39002700
4Uscator rufe314004200
5Computer34301290
6Frigider2208416
7Aer conditionat1874013320
8Sistem audio17070
9Bec4011440
10Camera supraveghere10330
TOTAL24256
4.2.2. Alegerea modelului de invertorInvertoarele sunt
dispozitive electronice care transforma curentul continuu in curent
alternativ. Aceste dispozitive sunt utilizate in sistemele de
energie alternativa pentru extragerea curentului din baterii si
punerea lui la dispozitia echipamentelor de curent alternativ care
sunt legate in instalatie[ecovolt.ro]Dupa forma de unda prezenta la
iesirea din invertor, acestea se clasifica in:invertoare cu unda
sinusoidala pura,invertoare cu unda sinusoidala modificata.Pentru
pensiune vom folosi invertoare cu unda sinusoidala pura, cu puterea
cea mai mare.Din tabelul de mai jos vom alege invertorul cel mai
convenabil din oferta.Tabelul 4.3 Oferta
invertoare[ecovolt.ro]Denumirea
invertoruluiImagineaCaracteristici
FR 2000-12iPSForma de unda - Sinus purPutere invertor (W) -
2000Tensiune invertor (V) - 12Producator - FRARONRedresor
incorporat - NuClasa de protectie - IP 40Curent redresor (A) -
NuConsum stand-by (W) - 12Comunicatie - FaraTip invertor -
Off-gridGarantie (ani) - 2Inaltime ( mm ) - 120Latime ( mm ) -
285Lungime ( mm ) - 450Greutate ( KG ) - 7.0000
FR 5000-12Forma de unda - Sinus modificat Putere invertor (W) -
5000Tensiune invertor (V) -12 Producator - FRARONRedresor
incorporat - NuClasa de protectie - IP 20Curent redresor (A) -
NuConsum stand-by (W) - 7.2 Comunicatie - FaraTip invertor -
Off-gridGarantie (ani) - 2Inaltime ( mm ) - 152Latime ( mm ) -
169Lungime ( mm ) - 500Greutate ( KG ) - 10.7000
HIP HOP pro 2000-12Forma de unda - Sinus purPutere invertor (W)
- 2000Tensiune invertor (V)-12Producator - RipEnergyRedresor
incorporat - NuClasa de protectie - IP 40Curent redresor (A) -
NuConsum stand-by (W) - 1.5 Comunicatie - FaraTip invertor -
Off-gridGarantie (ani) - 2Inaltime ( mm ) - 102Latime ( mm ) -
278Lungime ( mm ) - 413Greutate ( KG ) - 7.2000
Sunny Island 2012Forma de unda - Sinus purPutere invertor (W) -
2000Tensiune invertor (V) - 12 Producator - SMARedresor incorporat
- DAClasa de protectie - IP 40Curent redresor (A) - 180Consum
stand-by (W) 6 Comunicatie - FaraTip invertor - Off-gridGarantie
(ani) - 5Inaltime ( mm ) - 445Latime ( mm ) - 470Lungime ( mm ) -
185Greutate ( KG ) - 19.0000
XTM 2000-12Forma de unda - Sinus purPutere invertor (W) -
2000Tensiune invertor (V) - 12Producator- STECARedresor incorporat
- DAClasa de protectie - IP 20Curent redresor(A) - 0100 reglabil
Consum stand-by (W) - 1.4 10 Comunicatie - FaraTip invertor -
Off-gridGarantie (ani) - 2Inaltime ( mm ) - 133Latime ( mm ) -
322Lungime ( mm ) - 466Greutate ( KG ) - 18.5000
XTH 8000-48Forma de unda - Sinus purPutere invertor (W) -
7000Tensiune invertor (V) 48Producator- STECARedresor incorporae -
DAClasa de protective - IP 20Curent redresor(A)- 0 140 reglabil
Consum stand-by (W)-2 25 Comunicatie - FaraTip invertor -
Off-gridGarantie (ani) - 2Inaltime ( mm ) - 497Latime ( mm ) -
250Lungime ( mm ) - 300Greutate ( KG ) - 46.0000
Outback Flexpower Two 6KVA/24VForma de unda - Sinus purPutere
invertor (W) - 6000Tensiune invertor (V) - 24Producator- Outback
Power Redresor incorporat - DAClasa de protectie - IP 40Curent
redresor (A) - 170Consum stand-by (W) - 12 Comunicatie - FaraTip
invertor - Off-gridGarantie (ani) - 5Inaltime ( mm ) - 850Latime (
mm ) - 320Lungime ( mm ) - 500Greutate ( KG ) - 44.5000
Pentru sistemul nostru fotovoltaic vom folosi 5 bucati de
invertoare Outback Flexpower Two 6KVA/24V care au o putere de
6kW.Noul concept FLEXpower este un sistem care acomodeaza toate
echipamentele esentiale de protectie in cel mai mic spatiu posibil
la cel mai mic cost de instalare, facandu-l ideal pentru aplicatii
cu cerintele de putere modeste, cum ar fi cabane, case, moteluri,
site-uri cu sisteme de comunicatii si de statii back-up de putere.
Utilizand un design extrem de compact si un suport extrem de simplu
de instalat la montare, pre-cablat si testat din fabrica, FLEXpower
este un sistem este proiectat pentru o instalare rapida,
economisind timp sibani. FLEXpower ONE include un singur invertor ,
DC/AC cat si cutia de cabluri de curent continuu cu sigurante
automate, un singur FLEXmax Charge Controller de 80A, dispozitivul
MATE, Hub, FLEXnet DC si Arestorii de protectie, mentinand in
acelasi timp o amprenta la sol pentru sistem extrem de mici.
FLEXpower este un sistem de asemenea echipat cu conexiunea la
baterie de acumulatori cat si conexiunea pentru reteaua
fotovoltaica, cu intrerupator GFDI. De asemenea dispune de
intrare-iesire-Bypass, locatii de montare atat pentru AC- GFCI de
tip B si este livrat pe toate pietele de desfacere din UE cu un
comutator de tip F de curent alternativ. FLEXpower ONE dispune de
componente cu toate certificarile necesare ETL pentru a permite o
instalare conforma, economisind timp si bani. Outback Power
FLEXpower un sistem este alegerea perfecta numai atunci cand ai
nevoie de un complet integrat, cu unda sinusoidala pura si un
sistemul de putere extrem de fiabil [ecovolt.ro]4.3.Calculul si
alegerea bateriilor de stocare4.3.1. Alegerea tipului de
baterieBateriile plumb-acid,de obiceise gasesc la masina. Acestea
sunt baterii de pornire, care ofera un impuls de mare putere
necesar pornii motorului.Exista, de asemenea, baterii cu ciclul
profund de descarcare. Le putem gasi pe barci sau rulote, unde sunt
utilizate pentru accesorii electrice, cum ar fi motoare de vinciuri
sau lumini. Acestea ofera o putere mai mica dar stabila pentru un
timp mult mai lung decat o baterie de pornire.Acumulatorii
utilizati in sistemele cu energie alternativa trebuie sa apartina
gamei deep-cycle (cu descarcare adanca) si trebuie sa suporte un
numar de cicli de incarcare/descarcare totala (100%) in numar cat
mai mare. Acesti acumulatori suporta in functie de gama
si/sauproducator, un numar intre 250 de cicli si1600 de cicli la un
grad DOD 100%. Trebuie remarcat ca unele modele pot ajunge la 5000
- 6000 de cicli daca rata de descarcare (DOD) este redusa la 30 -
40% [ecovolt.ro]4.3.1.1. Bateri sigilate cu plumbAcumulatorii
suntechipamente ce transforma energia chimica in
electricitate.Acumulatorii sunt un mod eficient de a face
electricitatea portabila. In plus, acumulatorii furnizeaza energie
in scopul de a inlocuienergia electrica furnizata de reteaua
electrica.Pe masura ce intregul glob devine dependent de
electricitate, mobilitatea bateriilor joaca un rol si mai important
in viata de zi cu zi.4.3.1.2. Baterii sigilate cu gelAcumulatorii
de tip gel folosesc ca electrolit o substanta gelificata, prin care
se reduce miscarea in interiorul carcasei. Acumulatorii cu gel nu
curg in caz de spargere. Curentul tipic de incarcare este mai mic
decat la acumulatorii AGM (tipic C/20), deoarece incarcarea prea
rapida poate distruge electrolitul gelificat. Acest tip de
acumulatori sunt capsulati si nu necesita
intretinere.Caracteristicile bateriilor cu gel sunt:Nu necesita
intretinere;Imun la riscul de scurgeri accidentale de acid
lichid;Potrivit pentru instalare in imediata apropiere a oamenilor
si echipamente electronice.In plus, forma de gel electrolit ofera o
protectie mai mare pentru baterie, de timpul de descarcare, de
gestiune a face aceste baterii potrivit in special pentru aplicatii
care necesita o multime de cicluri de 'profunde' descarcare de
gestiune.In conditii de 'grele' de lucru in ceea ce priveste
numarul de cicluri de incarcare-descarcare si adancime de
descarcare de gestiune, daca supuse la incarcare corespunzatoare de
viata utila a unei baterii gel este de aproximativ de 3 ori de o
baterie de acid comun.Aplicatiile tipice sunt cele in care bateria
este supusa:Adancimea de descarcare de gestiune;Numarul mare de
cicluri de incarcare-descarcare;Instalatii speciale in cazul in
care nu ar trebui sa existe nici un risc de scurgeri
accidentale;Pentru aplicatii in cazul in care nu se pot sau nuse
doreste efectuarea intretinereii.Sectoarele in care sunt utilizate
pe scara larga sunt:Ambarcatiuni de agrement si profesionale;Solar
si de sine statatoare de energie eoliana;Vehiculele si masini
electrice;Utilizari industriale;4.3.2. Calculul numarului de
bateriiTabelul 4.4 Oferte baterii[ecovolt.ro]Denumirea
baterieiImagineaCaracteristici
BP12-200Capacitate: 200 AhTensiune: 12 VGreutate: 66.00
kgDimensiuni: 224 x 240 x 522 mm
Gel-Power 210Capacitate: 210 AhTensiune: 12 VGreutate: 70.00
kgDimensiuni: 242 x 291 x 518 mm
S12/230 ACapacitate: 230 AhTensiune: 12 VGreutate: 70.00
kgDimensiuni: 238 x 274 x 518 mm
SB6/200 ACapacitate: 200 AhTensiune: 12 VGreutate: 31.00
kgDimensiuni: 275 x 244 x 190 mm
SB6/330 ACapacitate: 330 AhTensiune: 12 VGreutate: 48.00
kgDimensiuni: 359 x 182 x 312 mm
Solar-Power GUG 280Capacitate: 280 AhTensiune: 12 VGreutate:
32.00 kgDimensiuni: 275 x 190 x 244 mm
Dintre bateriile din tabelul de mai sus, din lista de oferte vom
alege bateria cu denumirea SB6/330 A pentru ca aceasta are
amperajul cel mai mare 33Ah.Pentru calculul numarului de baterii se
va tine seama de un numar de o zi cu luminozitate foarte scazuta in
care energie radiatiei luminoase este prea slaba.Tabelul 4.7.
Calcululputerii necesare pentru o
ziNr.ctr.IarnaPrimvara-ToamnaVara
ConsumulNr.de zile nefunctionaleConsumulNr.de zile
nefunctionaleConsumulNr. de zile nefunctionale
179923662621,5997741
TOTAL:239769939399774
Calculul capacitatii acumulatoarelor se realizeaza cu
relatia:4.4.
W=99774 W - puterii necesare pentru o zi de vara;kd= 0,6- gradul
de descarcare al acumulatorilor;U 12 V Tensiunea bateriilor.Numarul
de baterii se calculeaza cu relatia 4.5.4.5.
In care:IB=330Ah Capacitatea unei baterii;NB- Numarul de
baterii.Dupa calculele efectuate ne rezulta un numar de 42 de
baterii.4.4 Regulatoare (controlere de incarcare)Procesul de
incarcare al unei baterii de acumulatori, este un fenomen complex
care de multe ori este tratat cu superficialitate si duce
inevitabil la distrugerea acumulatorilor. Dispozitivele prezentate
mai jos sunt echipamente profesionale destinate controlului acestui
proces. Incercati intodeauna sa optati pentru un regulator solar in
tehnologie MPPT.In tabelul de mai jos avem cateva tipuri de
controlere:Tabelul 4.8 Oferta
regulatoare[ecovolt.ro]DenumireaImagineaCaracteristici
OutBack FLEXmax FM60Afisaj - DISPLAYCurent regulator (A) -
60Clasa de protectie - IP 40Comunicatie- EthernetTensiune (V) - 12/
24/ 48Producator- Outback PowerInaltime ( mm ) - 400Latime ( mm ) -
140Lungime ( mm ) - 100Tehnologie - MPPTGreutate ( KG ) -
5.3000
OutBack FLEXmax FM80Afisaj- DISPLAYCurent regulator (A) -
80Clasa de protectie - IP 40Comunicatie - EthernetTensiune (V) -
12/ 24/ 48Producator - Outback PowerInaltime ( mm ) - 400Latime (
mm ) - 140Lungime ( mm ) - 100Tehnologie - MPPTGreutate ( KG ) -
5.3000
Power 2140Afisaj- DISPLAYCurent regulator (A) - 116Clasa de
protectie - IP 65Comunicatie - EthernetTensiune (V) - 12/
24Producator- STECAInaltime ( mm ) - 190Latime ( mm ) - 330Lungime
( mm ) - 360Tehnologie - PWMGreutate ( KG ) - 10.0000
SR740TL Tri Star 60Afisaj - DISPLAYCurent regulator (A) -
60Clasa de protectie - IP 20Comunicatie - EthernetTensiune (V) -
12/ 24/ 48Producator- MorningstarInaltime ( mm ) - 260Latime ( mm )
- 127Lungime ( mm ) - 71Tehnologie - PWMGreutate ( KG ) -
1.6000
TS MPPT 60Afisaj - LEDCurent regulator (A) - 60Clasa de
protectie - IP 22Comunicatie - RS232Tensiune (V) - 12/ 24Producator
- MorningstarInaltime ( mm ) - 130Latime ( mm ) - 142Lungime ( mm )
- 291Tehnologie -MPPTGreutate ( KG ) - 4.2000
XANTREX C60Afisaj - FaraCurent regulator (A) - 60Clasa de
protectie - IP 22Comunicatie- FaraTensiune (V) - 12/ 24Producator -
XantrexInaltime ( mm ) - 203Latime ( mm ) - 64Lungime ( mm ) -
178Tehnologie - PWMGreutate ( KG ) - 1.2000
Xantrex-XW-MPPT80-600Afisaj - FaraCurent regulator (A) - 80Clasa
de protectie - IP 22Comunicatie - EthernetTensiune (V) -
24/48Producator - XantrexInaltime ( mm ) - 368Latime ( mm ) -
146Lungime ( mm ) - 138Tehnologie - MPPTGreutate ( KG ) -
13.5000
XW-MPPT Solar Charge ControllerAfisaj - DISPLAYCurent regulator
(A) - 60Clasa de protectie -IP 22Comunicatie - EthernetTensiune (V)
- 12/ 24/ 48Producator - XantrexInaltime ( mm ) - 368Latime ( mm )
- 146Lungime ( mm ) - 138Tehnologie - MPPTGreutate ( KG ) -
4.8000
Pentru sistemul nostru fotovoltaic vom folosi la fiecare
invertor cate un regulator de tipul OutBack FLEXmax FM80 avand
curent de 80 A.Facilitati Seria MPPT este oferita in 2 modele
FLEXMAX- 60 si FLEXMAX-80 care opereaza in curent continuu cu
valori de 60 A si 80 A creste puterea obtinuta din aria de panouri
fotovoltaice cu peste 30% cu ajutorul MPPT incorporat. Incarcare in
3 trepte ( incarcare in plin , absortie, incarcare de mentinere )
si egalizare de baterie. Protectie automata la supraincarcare in
mod pasiv si active.4.4 Sistemul fotovoltaic completDin calculele
anterioare, ne rezulta urmatorul sistem fotovoltaic pentru
pensiune:Tabelul 4.9 Sistemul fotovoltaic complet pentru
pensiuneNumarul de bucatiDenumireaImagineaCaracteristici
63BS-250-6MB15Putere: 250 WTensiune: 24 VGreutate: 19.50
kgDimensiuni: 40 x 991 x 1650 mm
5XTH 8000-48Forma de unda - Sinus purPutere invertor (W) -
7000Tensiune invertor (V) 48Producator - STECARedresor incorporat -
DAClasa de protectie - IP 20Curent redresor(A)- 0 140 reglabil
Consum stand-by (W)-2 25 Comunicatie - FaraTip invertor -
Off-gridGarantie (ani) - 2 aniInaltime ( mm ) - 497Latime ( mm ) -
250Lungime ( mm ) - 300Greutate ( KG ) - 46.0000
42SB6/330 ACapacitate: 330 AhTensiune: 12 VGreutate: 48.00
kgDimensiuni: 359 x 182 x 312 mm
5OutBack FLEXmax FM80Afisaj- DISPLAYCurent regulator (A) -
80Clasa de protectie - IP 40Comunicatie - EthernetTensiune (V) -
12/ 24/ 48Producator- Outback PowerInaltime ( mm ) - 400Latime ( mm
) - 140Lungime ( mm ) - 100Tehnologie - MPPTGreutate ( KG ) -
5.3000
Cap 5.Alegerea amplasamentului sistemului fotovoltaicMetoda
aleasa pentru montarea panourilor fotovoltaice se face pe
acoperisul pensiunii. Este preferabil sa se monteze panourile pe
partea sudica pentru o eficienta cat mai mare.In figura de mai jos
se arata un exemplu de amplasare a panourilor.
Figura 5.1. Panouri fotovoltaice pe imobil.Modulele fotovoltaice
pot fi montate pe aproape orice suprafata a unei cladiri care are
contact cu soarele in cea mai mare parte a zilei. Acoperisurile
sunt in mod obisnuit locatia cea mai buna a sistemelor fotovoltaice
pe case, dar modulele fotovoltaice pot fi montate si pe fatade,
parasolare, etc.
Figura 5.2.Montaj panou fotovoltaic pe acoperisul unui imobil
[ecovolt.ro]Echipamentele urmatoare: invertoare, baterii si
regulatoare se vor monta in interiorul pensiunii intr-o camera
special aleasa fara umezeala.In imaginile ce urmeaza vom arata
montarea echipamentelor in camera:
Figura 5.3. Invertor + baterii [ecovolt.ro]
Figura 5.4. Bateriile [ecovolt.ro]
Figura 5.5. Invertorul si regulatorul [ecovolt.ro]Aceste sisteme
fotovoltaice sunt fiabile din punctul de vedere ale intretinerii.
Nu necesita o intretinere foarte laborioasa.Tot ce inseamna
intretinere se rezuma la pastrarea curata si clara a panourilor
solare.
Cap 6. Oportunitati de finantare6.1 Aspecte generale privind
finantareaPersoanele interesate sa isi castige independenta fata de
sursele conventionale de producere a energiei, sa diminueze
amprenta ecologica asupra planetei si sa creasca valoarea locuintei
lor pot opta pentru instalarea de panouri solare. Mai mult decat
atat, ei pot beneficia chiar si de o subventiea panourilor solare
care poate acoperi pana la 90% din costul achizitionarii acestora
[.anre.ro; afm.ro].Se estimeaza ca radiatia solara care atinge
pamantul intr-o ora poate genera suficienta energie incat sa
acopere nevoile intregii populatii pentru un an de zile, dar din
pacate tehnologia utilizata pentru captarea si transformarea
acestei radiatii in energie este inca in curs de perfectionare.
Acest fapt duce la mentinerea unor costuri destul de ridicate
aferente achizitionarii si montarii panourilor solare. O subventie
a panourilor solare reprezinta cea mai buna solutie pentru
utilizarea acestor dispozitive la scara larga, dar din pacate, prea
putini oameni sunt constienti de acest lucru[.anre.ro; afm.ro].O
subventie a panourilor solare reprezinta cel mai bun demers facut
de autoritati pentru a incuraja populatia sa aleaga o sursa
alternativa de energie. Incurajarea exploatarii energiei verzi vine
pe fondul amenintarii crizei energetice si al gradului alarmant de
poluare la care a ajuns planeta in prezent. Prin urmare,
autoritatile au hotarat sa ofere acces la o subventie apanourilor
solare atat personelor fizice, cat si celor juridice. Acest
ajutorfinanciarpentru achizitionarea si instalarea de panouri
solare este oferit de Administratia Fondului pentru Mediu care pune
totodata la dispozitia persoanelor interesate toate informatiile
necesare pentru obtinerea finantarii. Pe langa un ghid foarte bine
structurat, acestia pot beneficia si de o lista cu firmele
autorizate sa furnizeze panouri solare, precum si de consultanta de
care au nevoie pentru a opta pentru sistemul adecvat nevoilor si
cerintelor lor [.anre.ro; afm.ro].De retinut este faptul ca pentru
a obtine o subventiea panourilor solare trebuie indeplinit un set
minim de cerinte, iar documentatia aferenta cererii de finantare
este destul de sumara. In momentul in care consumatorul alege
furnizorul si un anumit sistem de panouri, se pot demara
procedurile pentru obtinerea finantarii. Criteriile de
eligibilitate sunt relativ simple si prin urmare etapele procesului
se pot derula cu repeziciune deoarece documentele necesare se pot
depune in aproximativ doua zile la agentiile judetene pentru
Protectia Mediului. Persoanele eligibile pentru a beneficia de o
subventie apanourilor solare sunt anuntate intr-un timp foarte
scurt, iar banii sunt virati direct in contul companiei care se
ocupa de comercializarea si instalarea sistemului. Toate aceste
masuri sunt luate pentru a permite unui numar cat mai mare de
cetateni sa beneficieze de toate avantajele oferite de utilizarea
panourilor solare [.anre.ro; afm.ro].Un aspect care trebuie retinut
este faptul ca inainte de a solicita o subventie a panourilor
solare consumatorul trebuie sa stabileasca exact ce tip de sistem
doreste sa instaleze. Exista doua categorii de sisteme: panouri
solare termice si fotovoltaice, fiecare beneficiind de o subventie
a panourilor solare diferita si nu toti cosumatorii sunt eligibili
pentru ambele tipuri de finantari. Mai mult decat atat,
preturilepanourilor fotovoltaice sunt semnificativ mai mari si prin
urmare, consumatorul va trebui sa investeasca o suma considerabila
pentru instalarea unui astfel de sistem. Totusi, avand in vedere
beneficiile oferite de exploatarea energiei verzi, fiecare
consumator ar trebui sa depuna eforturile necesare pentru a obtine
o subventie panouri solare [.anre.ro; afm.ro].Promovarea energiilor
regenerabile este unul dintre obiectivele principale ale politicii
energetice europene. Astfel cum s-a indicat anterior, obiectivul
este dublarea proportiei de energie regenerabila din consumul
energetic total pana in 2010, in vederea atingerii procentului de
15 %, si cresterea proportiei de surse regenerabile de energie
pentru piata interna a electricitatii pana la 22,1 % din productia
totala (Directiva 2001/77/CE). Decizia 1230/2003/CE Energie
inteligenta pentru Europa contine masuri de promovare a utilizarii
surselor regenerabile de energie si de crestere a eficientei
energetice. Exista subprograme de sustinere a proiectelor de
dezvoltare durabila si a proiectelor de consolidare a cooperarii
intre UE si tarile in curs de dezvoltare privind sursele
regenerabile de energie. Bugetul programului-cadru pentru perioada
2003-2006 ajunge la 200 milioane EUR, desi atat Comisia, cat si PE
au sustinut acordarea unorfondurimai mari. [europa.eu]Directiva
2002/91/CE privind performanta energetica a cladirilor (in special
izolatia, climatizarea si utilizarea surselor regenerabile de
energie) a fost adoptata in 2002 (punerea sa in aplicare fiind
prevazuta pentru 2006). Aceasta abordeaza, in special, o metoda de
valorificare a performantei energetice a cladirilor, normele minime
aplicabile cladirilor mari si sistemele de certificare energetica.
[europa.eu]Prin propunerea de directiva din iulie 2002 [COM(2002)
415], Comisia dorea sa determine accelerarea dezvoltarii si
utilizarii cogenerarii sau a productiei combinate de caldura si
electricitate (CCE). Productia de electricitate si caldura in
cadrul unui proces integrat unic permite realizarea economiilor de
energie primara si constituie astfel un nou instrument de realizare
a obiectivelor politicii energetice europene. Aceasta propunere a
generat discutii controversate atat in Consiliu, cat si in PE si
vizeaza, in special, stabilirea unei definitii omogene a
electricitatii produse in centralele CCE. Directiva a fost adoptata
prin codecizie in februarie 2004 (2004/8/CE). [europa.eu]In mai
2003 a fost adoptata Directiva 2003/30/CE de promovare a utilizarii
biocombustibililor si a altor combustibili regenerabili pentru
transport. Directiva vizeaza promovarea utilizarii
biocombustibililor si a altor combustibili regenerabili in vederea
inlocuirii motorinei sau a petrolului pentru transporturi in
fiecare stat membru, spre a contribui la realizarea obiectivelor
precum acordurile privind schimbarile climatice, securitatea
aprovizionarii ecologice si promovarea surselor regenerabile de
energie. Directiva solicita statelor membre sa asigure
comercializarea unei proportii minime de biocombustibili si alti
combustibili regenerabili si, in acest scop, sa stabileasca
obiective indicative nationale. Valorile de referinta pentru
obiectivele prevazute prin directiva sunt urmatoarele: 2 % pana la
31 decembrie 2005 si 5,75 % pana la 31 decembrie 2010, valorile
fiind calculate pe baza continutului energetic depetrolsi motorina
comercializat pentru transport. [europa.eu]La 5 aprilie 2006 a fost
adoptata Directiva 2006/32/CE (de abrogare a Directivei 93/76/CEE a
Consiliului) privind eficienta energetica la utilizatorii finali si
serviciile energetice. Aceasta viza consolidarea eficientei
energetice in UE si promovarea pietei serviciilor energetice
(precum iluminatul, incalzirea, apa calda si ventilatia etc.).In
mai 2004, Comisia a adoptat o comunicare catre Consiliu si
Parlament care propunea o evaluare a efectelor contributiei
surselor regenerabile de energie in UE si a prezentat propuneri
privindactiuniconcrete [COM(2004) 366]. [europa.eu]In consecinta,
in rezolutia sa privind proportia energiilor regenerabile in UE si
propunerile de actiuni concrete (2004/2153(INI)), Parlamentul
European a recunoscut importanta unica a energiilor regenerabile si
a subliniat necesitatea stabilirii unor obiective obligatorii
pentru 2020, astfel incat sa se adreseze un semnal clar tuturor
actorilor pietei, precum si responsabililor politici nationali,
subliniind faptul ca energiile regenerabile sunt energiile
viitorului in UE si ca acestea se inscriu in strategia sa de mediu
si industriala. Ulterior, la 7 decembrie 2005, Comisia a publicat o
comunicare intitulata Planul deactiunein domeniul biomasei
[COM(2005) 628], care stabilea masurile destinate consolidarii
dezvoltarii energiei de biomasa obtinuta din lemn, deseuri si
culturi agricole, prin crearea unor masuri de stimulare bazate pe
piata si prin eliminarea obstacolelor in calea dezvoltarii pietei.
Comunicarea Comisiei intitulata O strategie UE in favoarea
biocombustibililor, [COM(2006) 34], din 8 februarie 2006, viza
promovarea biocombustibililor si pregatirea terenului pentru
utilizarea acestora la scara larga si analiza oportunitatilor
pentru tarile in curs de dezvoltare. [europa.eu]Cartea verde
intitulata O strategie europeana pentru o energie durabila,
competitiva si sigura acorda o atentie deosebita energiilor
regenerabile, al caror potential nu va fi realizat pe deplin decat
printr-un angajament pe termen lung privind dezvoltarea si
instalarea surselor regenerabile de energie. De asemenea, Comisia
intentioneaza sa elaboreze o Foaie de parcurs pentru sursele
regenerabile de energie.
Cap 7. Impactul asupra mediului7.1 GeneraliatiElectricitatea
generata din surse regenerabile devine din ce in mai disponibila.
Prin alegerea unor astfel de surse de energie regenerabila
consumatorii pot sustine dezvoltarea unor energii curate care vor
reduce impactul asupra mediului asociat generarii energiei
conventionale si vor creste independenta energetica, de ex stalpii
de iluminat cu panouri solare fotovoltaice.Mai mult, cand aceste
tehnologii pot sa vina in ajutorul consumatorului prin reducerea
facturilor pentru diferite utilitati (apa, incalzire) si printr-un
timp de amortizare scurt in cazul sistemelor de incalzire a apei
menajere, adoptarea unui astfel de sistem devine o investitie
extrem de rentabila in cazul consumatorilor casnici, a hotelurilor,
spitalelor etc.Energia fotovoltaica si eoliana reprezinta o solutie
viabila pentru locatiile care nu beneficiaza in prezent de
racordare la reteaua nationala de electricitate. In viitor,
printr-o legislatie corespunzatoare aceste sisteme pot deveni
rentabile si pentru consumatorii conectati la reteaua nationala
prin eliminarea necesitatii folosirii unor acumulatori si livrarii
energiei direct in reteaua nationala.Sursele regenerabile detin un
potential energetic important si ofera disponibilitati nelimitate
de utilizare pe plan local si national. Valorificarea surselor
regenerabile de energie se realizeaza pe baza a trei premise
importante conferite de acestea si anume:accesibilitate,
disponibilitate si acceptabilitate.Parcuri fotovoltaice cu stalpi
de iluminat cu panouri fotovoltaice si pompele de caldura sunt
solutii eficiente de viitor.7.2 Impactul asupra mediului la
montareLa monatrea acestui sistem fotovoltaic, daca se curata de
deseuri ( foliile de protectie care sunt desprinse de pe panouri,
plasticele cablurilor dupa izolarea lor, etc.), nu polueaza cu
nimic mediul inconjurator. Din contra, pentru ca este o energie
regenerabila si soarele este pur adica nu contine deseuri toxice,
nu emite nimic poluant, este de recomandat o astfel de structura.
Singura poluare a mediului este transportarea acestora spre locul
unde trebuie montate.7.3 Impactul asupra mediului in timpul
functionariiIn timpul functionarii sistemului, mediul nu este
afectat cu absolut nici o poluare, din cauza ca bateriile sunt cu
gel, ele nu contin Pb, deci, nu afecteaza cu nimic. Dupa 10 ani, e
recomandata schimbarea acestor baterii, cu unele noi, pentru ca nu
mai sunt eficiente in ciclul incarcat-descarcat. Ele trebuie duse
la un colector de baterii, este interzisa aruncarea lor la
deseurile menajere.7.4 Impactul asupra mediului dupa demontareDupa
demontarea acestui sistem, mediul inconjurator ramane intact, la
fel cum a fost si inaintea montarii acestui sistem. La demontare,
trebuie chemati specialisti care se ocupa in domeniul energiei.
Unele componente din acest sistem pot fi reciclati.
BibliografieBalan M.,Energii regenerabile, Editura UT PRES, Cluj
Napoca, 2007, limba romana, disponibila online
:http://www.termo.utcluj.ro/regenerabile/(accesat 12 iunie
2012).Bostan I., Dulgheru V., Sobor I., Bostan I.,Sisteme de
conversie a energiilor regenerabile, eoliana, solara, hidraulica,
Chisinau, Tehnica-Info,2007.Bulai P., Surse alternative de energie
si mediu, Notiuni de curs, Suceava, 2012.Danescu A.,Bucurenciu S,
Petrescu, S,Utilizarea energiei solare, Bucuresti, Editura Tehnica,
1980.Cotfas Daniel Tudor,Celule fotovoltaice, Editura Universitatii
Transilvania din Brasov, 2010Tomas Markvart,Solar ElectricitySecond
edition,Jhon Wiley & Sons, LDT, 2000 (limba engleza)Paulescu
M., Schlett Z.,Conversia fotovoltaica a energiei solare, Editura
Mirton, Timisoara, 2011Sapanulescu Ion,Celule solare,Editura
stiintifica si enciclopedica, Bucuresti, 1983Twidell J., Weir
T.,Renewable Energy Resources Second edition, 2006, Taylor &
Francis, USA,(limba engleza).Negreanu Mircea, Baluta, Ghe.,De la
efectul fotovoltaic la celula solara,Editura Albatros, Bucuresti,
1981.****http://maps.google.com/-site pentru creare harti. -Accesat
ultima data pe 15 iunie 2012**** http://www.ecosolaris.ro Energie
solara si eoliana-Accesat ultima data pe 15 iunie
2012****www.ecovolt.roMagazin accesorii energie solara. -Accesat
ultima data pe 15 iunie 2012****http://www.nasa.gov-Accesat ultima
data pe 15 iunie 2012****http://maps.google.com/-site pentru creare
harti. -Accesat ultima data pe 18 iunie 2012****http://www.anre.ro/
- Site-ulAutoritatea Nationala de Reglementare in domeniul
Energiei. -Accesat ultima data pe 18 iunie
2012****www.minind.ro-Site-ul Ministerului Economiei -Accesat
ultima data pe 18 iunie 2012http://www.afm.ro/- site oficial
Administratia fondului pentru mediu - Accesat ultima data pe 18
iunie 2012****http://www.meteoromania.ro/Site-ul Administratiei
Nationale de Meteorologie- Accesat ultima data pe 18 iunie
2012****http://www.alternativepureenergy.ro/ Energie alternativa
fara facturi, Magazin online. Accesat ultima data pe 18 iunie
2012****http://www.altiusfotovoltaic.ro/ Module fotovoltaice
Accesat ultima data pe 18 iunie
2012****http://circa.europa.eu/Accesat ultima data pe 19 iunie
2012