Energia solară

Energie solară

Energia solară este practic inepuizabilă. Este cea mai curată formă de energie de pe pământ şi este formată din radiaţii calorice, luminoase, radio sau de altă natură emise de soare. Cantităţile uriaşe ale acestei energii stau la baza aproape tuturor proceselor naturale de pe Pământ. Cu toate acestea, este destul de dificilă captarea şi stocarea ei într-o anumită formă (în principal căldură sau electricitate) care să pemită utilizarea ei ulterioară.

Energia solară poate încălzi locuinţele în mod pasiv, datorită construcţiei acestora (casele pasive) sau poate fi stocată în acumulatoare termice sub formă de energie termică. Căldura generată solar se poate folosi în principal la prepararea apei calde menajere, încălzirea agentului termic responsabil de temperatura ambiantă a casei şi încălzirea piscinelor. Există chiar şi instalaţii de aer condiţionat bazate pe căldura solară, unde aceasta reprezintă energia principală necesară răcirii aerului.

Radiatia solara

Compozitia radiatiei solare

Din punct de vedere al cantitatii si tipului  de energie transmise, radiatia solara care ajunge pe pamant este compusa din:

  3%  ultraviolete   +   55%  infrarosii   +   42%  lumina vizibila

Fiecareia din aceste trei parti ale radiatiei ii corespunde cate un spectru definit prin urmatoarele intervale de lungimi de unda: 

- radiatia ultravioleta de la 0,28 la 0,38 microni,
- radiatia vizibila de la 0,38 la 0,78 microni,
- radiatia infrarosie de la 0,78 la 2,5 microni.
Repartitia energetica a radiatiei solare globale, functie de lungimea de unda intre 0,3 si 2,5 microni, pentru o suprafata perpendiculara pe acea radiatie, este reprezentata de curba urmatoare:
 
 

Senzatia luminoasa

Senzatia luminoasa pe care o percepem este datorata actiunii radiatiilor electromagnetice cu lungimile de unda cuprinse intre 0,38 si 0,78 microni. Cu o eficacitate variabila asupra ochiului, in functie de lungimea lor de unda, aceste radiatii permit fenomenul fiziologic al vederii.
 

Caracteristici spectrofotometrice

Radiatia

Cand o radiatie loveste o sticla, o parte este reflectata, o parte este absorbita si o a treia transmisa. Rapoartele dintre fiecare din aceste trei parti si fluxul de energie incident, definesc factorul de reflexie, factorul de absorbtie si respectiv factorul de transmisie al acelei sticle. 

Graficele acestor raporturi pe tot intervalul de lungimi de unda, constituie curbele spectrale ale sticlei. Pentru un flux de energie dat, aceste rapoarte depind de culoarea sticlei, de grosimea ei, si in cazul unei sticle cu depunere, de tipul acestei depuneri.

Factori de transmisie, de reflexie si de absorbtie energetica

Factorii de transmisie, de reflexie si de absorbtie energetica sunt rapoarte intre fluxul de energie transmis, reflectat sau absorbit si fluxul de energie incident.
Pentru diferite tipuri de sticla, veti gasi acesti trei factori calculati pentru lungimi de unda cuprinse intre 0,3 si 2,5 microni.

Factori de transmisie si de reflexie luminoasa

Factorii de transmisie si reflexie luminoasa ai sticlei, sunt rapoartele dintre fluxul luminos transmis si reflectat, si fluxul luminos total incident. 
Pentru diferite tipuri de sticla, veti gasi acesti factori calculati pentru un flux luminos incident perpendicular pe suprafata. 
Anumite vitraje, foarte groase sau multiple, chiar si incolore, pot produce prin transmisie un efect de colorare (tenta de verde sau de bleu), functie de grosimea totala a vitrajului si de partile componente.

Factor solar "g"

Factorul solar "g" al unei sticle, este raportul dintre energia totala intrata in incapere - transversal pe sticla - si energia solara incidenta. Aceasta energie totala, este suma dintre energia solara intrata prin transmisie directa si energia cedata de sticla mediului interior, ca urmare a incalzirii prin absorbtie energetica. 
 
 

Factorul solar al unui perete vitrat este fractiunea din energia solara intrata in incapere, raportata la energia solara incidenta. El va fi egal cu fluxul transmis in interior la care se aduna fluxul remis catre interior. 

Factorii solari sunt calculati in functie de tipul sticlei si de factorii de transmisie si absorbtie energetica; pentru aceasta se fac urmatoarele conventii: 
- spectrul solar este cel definit de norme, 
- temperaturile ambiante interioara si exterioara sunt egale intre ele,
- coeficientul de schimb al sticlei catre exterior este de 23 W/(mp.K) si catre interior de
8 W(mp.K)
 

Energia solara-Efectul de sera

Energia solara care intra intr-o incapere printr-un geam, este absorbita de obiecte si peretii interiori, care se incalzesc si emit la randul lor o radiatie termica (situata in principal in infrarosu indepartat - mai mult de cinci microni).
Sticla, chiar si cea clara si incolora, este practic opaca la radiatii cu lungimi de unda mai mari de cinci microni. Energia solara intrata prin aceste ferestre, este practic retinuta in incapere, aceasta avand tendinta sa se incalzeasca. Acesta este efectul de sera, pe care il constatam spre exemplu, intr-o masina stationata in plin soare cu geamurile inchise.

Control solar

Pentru a evita supraincalzirea, exista mai multe solutii ce pot fi adoptate, cum ar fi:
- asigurarea circulatiei aerului,
- utilizarea storurilor, avand grija ca acestea sa nu provoace spargerea termica a sticlei,
- utilizarea sticlei cu transmisie energetica limitata numita sticla de control solar, care nu lasa sa treaca decat o fractiune bine determinata a radiatiei energetice solare, permitand iluminarea si evitand supraincalzirea.
Protectia solara trebuie conceputa luand in considerare urmatoarele trei obiective:
- diminuarea aportului solar – factor solar "g" minim,
- diminuarea transferului de caldura de la interior la exterior – coeficient "U" minim,
- garantarea unei bune transmisii luminoase – transmisie luminoasa ridicata.
 

Iluminarea

Factor de “lumina a zilei”

Cunoasterea factorului de transmisie al unei sticle, permite fixarea unui ordin de marime apropiat de nivelul de iluminare disponibil in interiorul unei incaperi, daca este cunoscut nivelul de iluminare din exterior. 

Raportul  de iluminare interioara intr-un punct dat al unei incaperi, iluminata din exterior, masurat pe un plan  orizontal, este constant indiferent de ora la care se face masuratoarea. Acest raport se numeste factor de “lumina a zilei”. 
Pentru o incapere cu un factor de lumina a zilei de 0,1 in apropierea ferestrei  si de 0,01 in capatul cel mai intunecat al incaperii, o iluminare exterioara de 5.000 lux (timp noros), va genera o lumina interioara de 500 de lux in apropierea ferestrei, si de 50 de lux in coltul cel mai indepartat, pe cand o iluminare exterioara de 20.000 lux va genera o iluminare interioara de 2.000 de lux si respectiv de 200 de lux, in aceeasi incapere.

Confortul luminos

Iluminarea trebuie sa contribuie la bunastare, asigurand conditii optime pentru ochi, atat in termeni de cantitate cat si de repartitie a luminii, evitand atat suprailuminarea, cat si colturile intunecate.
Calitatea confortului luminos este legata de o alegere corecta a transmisiei si distributiei luminoase, cat si de orientarea si dimensionarea optima a ferestrelor.
 

Fenomenul de decolorare

Lumina solara care ne este necesara pentru perceptia mediului inconjurator, este o forma de energie susceptibila ca, in anumite cazuri, sa degradeze culorile obiectelor care sunt expuse acestui tip de energie.
Alterarea culorilor obiectelor expuse la radiatia solara, se datoreaza degradarii progresive a legaturilor chimice a colorantilor sub actiunea fotonilor, particule ce detin o cantitate foarte mare de energie. Radiatiile care au o astfel de actiune fotochimica, sunt in principal radiatiile ultraviolete, si intr-o mai mica masura lumina vizibila cu lungimi de unda scurte (violet, bleu). 
Absorbtia radiatiei solare de catre suprafetele obiectelor, genereaza cresteri de temperatura si poate deasemenea activa reactii chimice susceptibile sa altereze culorile. Este de notat, ca fenomenul de degradare afecteaza mai intai colorantii organici, ale caror legaturi chimice sunt in general mai putin stabile decat cele ale pigmentilor minerali.
Orice radiatie este purtatoare de energie si nu exista un mijloc de a proteja in totalitate obiectele impotriva decolorarii, cu exceptia plasarii lor la adapost de lumina  si medii atmosferice agresive, la temperatura joasa . 
In acelasi timp, diferitele tipuri de sticla ofera solutii eficace. Cea mai performanta solutie consta in a elimina radiatia ultravioleta, care in ciuda proportiei mici din radiatia solara este cauza principala a degradarilor de culoare. Ea poate fi oprita aproape in totalitate prin utilizarea de sticla stratificata cu film PVB, care nu transmite decat 0,4% din radiatia ultravioleta, in comparatie cu 44%, cat transmite o sticla clara de 10 mm grosime.