Facultatea de Inginerie Electrica
Yüklə 53,41 Kb.
|
- Bu səhifədəki naviqasiya:
- 1.1. Avantajele folosirii energiei solare
- 1.2. Dezavantajele folosirii energiei solare
- 1.3. Energia solara: o alternativa
- 2. Aplicabilitatea energiei solare
- 2.2. Masini solare
- 2.2.1. Cum funcţionează
- 2.2.2. Captarea şi stocarea energiei
- 2.2.3. În cursa cu lumina zilei
- 3. Concepte tehnologice prezente si viitoare
- 3.2. Ecranul telefonului mobil, folosit ca încărcător solar
- 3.3. Primul tren de mare viteză european alimentat cu energie solară
- 3.4. Gadgeturi solare
- 3.4.2. Jachetă cu panou solar
- 3.4.3. Genti, rucsaci, posete cu panouri solare
- 4. Panloul solar. Functionare.
- 4.1. Constructia unui panou solar obisnuit
- 4.2. Fabricarea panoului solar
- 4.3. Caracteristici technice
- 4.4. Incarcatorul solar
- 4.6. Sistem solar complet
|
Facultatea de Inginerie Electrica Raport tehnic
Balassan Robert Grupa 111B (anul I) Cuprins
1. Introducere 3 1.1. Avantajele folosirii energiei solare 3 1.2. Dezavantajele folosirii energiei solare 3 1.3. Energia solara: o alternativa 4 2. Aplicabilitatea energiei solare 4 2.1. Case cu panouri solare 4 2.2. Masini solare 4 2.2.1. Cum funcţionează ? 4 2.2.2. Captarea şi stocarea energiei 5 2.2.3. În cursa cu lumina zilei 5 3. Concepte tehnologice prezente si viitoare 6 3.1. Bucătărie solară 6 3.2. Ecranul telefonului mobil, folosit ca încărcător solar 7 3.3. Primul tren de mare viteză european alimentat cu energie solară 7 3.4. Gadgeturi solare 7 3.4.1. Costum de baie cu panouri fotovoltaice 7 3.4.2. Jachetă cu panou solar 7 3.4.3. Genti, rucsaci, posete cu panouri solare 8 3.4.4. Corturi solare 8 4. Panloul solar. Functionare. 9 9 4.1. Constructia unui panou solar obisnuit 10 4.2. Fabricarea panoului solar 11 4.3. Caracteristici technice 11 4.4. Incarcatorul solar 12 4.5. Invertorul 12 4.6. Sistem solar complet 14 Bibliografie 15
1. IntroducereIn acest raport tehnic sunt prezentate informatii generale privind energia solara, tehnologia acesteia, avantajele si dezavantajele folosirii acesteia, cat si diverse concepte tehnologice privind energia solara 1.1. Avantajele folosirii energiei solarePentru ca este disponibila in cantitati imense, este inepuizabila (cel putin pentru cateva miliarde de ani) si este ecologica. Captarea energiei solare nu este poluanta si nu are efecte nocive asupra atmosferei, iar in conditiile in care degradarea Terrei atinge un nivel din ce in ce mai ridicat, aceasta problema incepe sa fie luata in seama de tot mai multi oameni. [1] Si acest lucru se vede. In cazul producerii de energie electrica prin intermediul panourilor fotovoltaice, procentul energiei solare din totalul energiei produse pe glob a crescut de la 0,04% in 2004 la peste 0.3% si se estimeaza ca va depasi 0,4% pana la finalul lui 2010. In continuare este un procent minuscul, dar este de apreciat faptul ca omenirii a inceput sa ii pese. Iar pe masura ce tehnologia se va dezvolta, energia solara va fi utlizata din ce in ce mai mult. [1] 1.2. Dezavantajele folosirii energiei solareRaspandirea foarte limitata a utlizarii tehnologiei solare are foarte multe cauze: In primul rand, tehnologia de captarea a razelor solare este inca la inceput si costisitoare. Pretul producerii unui WATT in prezent, prin intermediul celulelor fotovoltaice, este de 6-7 ori mai mare decat cel al producerii sale in termocentrale. De aceea investitia initiala intr-un sistem de producere a energiei prin captarea razelor solare este mare, chiar daca amortizarea se produce in timp, sistemele fiind in general foarte fiabile si putand functiona 10-25 de ani fara mari costuri de intretinere. [1] In plus, panourile solare au un randament foarte scazut daca raportam cantitatea de energie produsa la dimensiunea lor: pentru acoperirea necesitatilor unei locuinte fiind necesare panouri de cateva zeci de metri patrati. Dar si acest lucru se va schimba pe masura ce tehnologia evolueaza. [1] Cel mai mare dezavantaj este insa acela ca energia solara este dependenta de razele soarelui, cu alte cuvinte de cantitatea de radiatii solare care ajung pe Pamant. Iar aceasta este variabila, in functie de ora, de perioada a anului, de conditiile atmosferice, etc. Si nu in ultimul rand, randamentul sistemelor solare depinde in mare masura de unghiul sub care cade raza de soare pe panoul solar, asadar de pozitia pe glob. O harta a potentialului solar in Europa poate fi vazuta mai jos. [1] 1.3. Energia solara: o alternativaCu singuranta este. Dar acesta este cuvantul potrivit momentan: o alternativa. La fel ca energia eoliana sau marina. Pentru ca in conditiile actuale, necesarul energetic al Terrei are nevoie de existenta centralelor pe baza de carbune sau nucleare. Dar in viitor, acest fapt se va schimba cu singuranta. [1] 2. Aplicabilitatea energiei solare2.1. Case cu panouri solarePentru o casă structurată pe parter plus etaj, cu suprafața de 80 de metri pătrați pe nivel, sistemul de panouri solare cu boiler (exterior sau interior) costă între 500-2000 euro, cu perioadă de amortizare între 3-5 ani. Economia lunară este, în medie, de aproximativ 60% din costul unei facturi normale de energie termică. Pentru a evita scăderea randamentului sistemului, specialiștii sfătuiesc să fie ef ectuate periodic lucrări de curățare a panourilor căci acestea își pot pierde eficiența chiar și cu peste 30%. [2] 2.2. Masini solareCum vi se pare ideea unei călătorii gratuite? Gândiţi-vă cât de minunat ar fi dacă maşina dumneavoastră ar funcţiona fără să mai cheltuiţi vreun ban pe combustibil. În cazul în care aţi conduce o maşină care converteşte energia solară în electricitate, acest vis ar deveni realitate. În combinaţie cu nanotehnologia, astfel de vehicule reprezintă, fără îndoială, o soluţie viabilă pentru un viitor mai puţin poluat şi mai puţin costisitor. [3] 2.2.1. Cum funcţionează ?Un vehicul solar (terestru, aerospaţial, naval) este alimentat de o sursă de energie regenerabilă, cu ajutorul panourilor dispuse pe suprafaţa sa. Maşinile solare combină tehnologia utilizată de obicei în industriile aerospaţiale şi constructoare de maşini cu tehnologia producătoare de energii alternative. Designul unui vehicul solar este strict limitat de alimentarea acestuia cu energie (baterii şi puterea Soarelui). Maşinile solare sunt prevăzute cu unele dispozitive specifice vehiculelor tradiţionale: frâne, pedală de acceleraţie, semnalizatoare, oglinzi retrovizoare (sau camere video) şi sistem de aerisire. De asemenea, din dotarea lor nu lipseşte niciodată un dispozitiv radio de transmisie-recepţie pentru ca pilotul să poată comunica permanent cu echipa sa. Pe lângă deplasarea pe şosea, prioritatea şoferului de la bordul lor este să observe instrumentele de măsurare pentru depistarea eventualelor probleme. Maşinile fără dispozitive de măsurare sunt dotate aproape întotdeauna cu aparatură de telemetrie wireless, ce permite echipei să monitorizeze consumul de energie al maşinii, absorţia de energie solară şi alţi parametri, totodată oferind posibilitatea şoferului să se concentreze doar la drum. [3] 2.2.2. Captarea şi stocarea energieiNoile mijloace de transport depind în totalitate de celulele fotovoltaice, pentru a converti lumina solară în electricitate. Din energia emisă de Soare, se ridică la circa 1370 W/m², 51% pătrunde în atmosfera Pământului. Folosind-o, se obţine aproximativ 700 W/ m² de energie curată. Spre deosebire de energia termală solară, convertită în căldură spre scopuri casnice, industriale sau pentru a fi ulterior transformate în electricitate, celulele fotovoltaice convertesc direct lumina Soarelui în electricitate. Atunci când fotonii intră în contact cu aceste celule, pun în mişcare electronii, generând curent electric. Celulele fotovoltaice sunt confecţionate din materiale semiconductoare, precum siliciu şi indium, galiu şi selenium. Altele utilizează celule solare cu siliciu a căror eficienţă este de circa 20%. Pentru a realiza un panou solar, celulele fotovoltaice sunt aşezate una lângă alta sub formă de module. Cele mai mari panouri solare produse până în prezent, pot genera o putere de peste 2 kW (2,6 CP). Modul în care sunt dispuse optimizează raportul dintre puterea de alimentare, rezistenţa aerodinamică, masa vehicului şi alte consideraţii de ordin practic. [3] Sistemele mecanice ale unei astfel de maşini sunt proiectate astfel încât să ocupe minimum de spaţiu şi să cântarească mai puţin, menţinând neschimbată puterea sursei de alimentare. Astfel caroseria este uneori realizată dintr-un cadru metalic în interior şi un înveliş fotovoltaic în exterior. Stratul metalic este utilizat pentru a conferi soliditate vehiculului şi siguranţă şoferului, iar învelişul fotovoltaic extern, pentru aerodinamică. De obicei, constructorii folosesc titan, oţel şi aluminiu pentru ţevi, iar pentru fotomontaj, fibră de carbon, sticlă, precum şi Kevlar. [3] 2.2.3. În cursa cu lumina zileiDeşi aceste vehicule se află încă în stadiu experimental, mai mulţi specialişti în domeniu sunt de părere că ele reprezintă soluţia viitorului. Chiar dacă nu le veţi găsi disponibile la unul dintre dealerii autorizaţi, există persoane care şi-au realizat singure propriile modele, încă din anii ’70. [3] Primul dintre aceştia a fost fizicianul Ed Passerini, care şi-a denumit prototipul “Bluebird” în 1977. A urmat Larry Perkins, cel care a condus vehiculul “Quiet Achiever” în anul 1982, atingând viteza de 30 de km/h. Astăzi, maşinile zonale depăşesc cu mult viteza de 100 km/h. Deja tot mai multe universităţi din lume au echipe specializate care se întrec în construirea acestor vehicule, pregătite să participe la curse internaţionale. Dintre acestea, World Solar Challenge este cea mai cunoscută. [3] 3. Concepte tehnologice prezente si viitoareExista diferiti oameni de stiinta, absolventi ai diverselor facultati, poate chiar profesori, care de-a lungul timpului au incercat diverse aplicabilitati ale energiei solare in diferite lucru ce ne sunt utile in viata de zi cu zi. In acest capitol vom putea vedea despre ce este vorba. 3.1. Bucătărie solarăStudenții de la Facultatea de Știință și Tehnologia Materialelor a Universității Tehnice au organizat azi o acțiune ecologică „Materiale- responsabilitate-mediu”. Tinerii au prezentat tehnologii nepoluante, ecologice care pot fi folosite pentru gătit în aer liber. Campania se dorește a fi una de responsabilizare pentru a aborda un stil de „viață verde”. „Aparatura” folosită pentru a atrage razele solare, a constat într-o antenă de satelit acoperită cu vinil și umbrele acoperite cu folie de aluminiu autocolantă. „Gătitul ține un pic și de soare și durează puțin mai mult, dar merită” a spus o studentă. În cadrul demonstrațiilor respective studenții au prăjit cartofi și mititei cu ajutorul energiei solare. Temperatura în vas ajungea până la 1000 de grade folosind aceste tehnologii. Se poate folosi orice obiect rotund și material reflectorizant pentru a a ne crea propriul „aragaz” ecologic. Antena care a fost folosită pentru prepararea cartofilor, avea circumferința de 2 metri și cu ajutorul ei se poate prepara orice tip de mâncare. Celelalte „aparate” mai mici, precum umbrelele, se folosesc pentru prepararea lucrurilor simple, cum ar fi ochiurile de ou. [3] În aprilie 2009 un norvegian cu studii în Statele Unite (Berkeley, California) și care trăiește în Kenya, Jon Bohmer, a luat un premiu „verde” de 75.000 de dolari (568.000 coroane norvegiene) pentru un cuptor solar foarte ieftin: costă doar 6,6 dolari (5 euro). Cu ajutorul cuptorului poți găti mâncare în caserole, fierbe apă sau chiar coace pâinea. Este alcătuit din două cutii, una în alta, acoperite cu acrilic, care lasă puterea sorelui să intre și o țin acolo. Cutia interioară este vopsită în negru și folia argintie din cea exterioară facilitează concentrarea căldurii, în timp ce un strat de paie sau ziare dintre cele două asigură izolarea. Cuptorul se adresează celor trei miliarde de persoane care folosesc lemne de foc pentru a găti în țările în curs de dezvoltare. Barbara Kerr and Sherry Cole au fost primii promotori serioși ai cutiei solare de gătit în anii 70 iar planurile acesteia puteau fi găsite într-o carte publicată de Peace Corps în anii 60. [5] Cuptoarele solare permit purificarea apei prin încălzirea acesteia. O apă încălzită la 65 grade îndepărtează bolile întâlnite în cazul apei de proastă calitate, prezentă adeseori în țările în curs de dezvoltare și responsabilă pentru milioane de decese. Pe de altă parte fumul degajat de gătirea cu lemne dă naștere unor boli respiratorii responsabile de decesele a 1,6 milioane de persoane/an în întreaga lume. De asemenea, prin folosirea cuptoarelor solare sunt evitate despăduririle și emisiile de dioxid de carbon în atmosferă. [3][5] 3.2. Ecranul telefonului mobil, folosit ca încărcător solarWysips, o companie de origine franceză, a descoperit tehnologia prin care ecranul telefonului mobil sau al smartphone-ului poate fi încărcat de la soare, cu ajutorul unei pelicule fotovoltaice. Pelicula fotovoltaică poate fi integrată în ecranul telefonului și permite încărcarea completă a bateriilor, grație luminii solare, în numai 6 ore. Procedeul este ieftin (prețul peliculei este de 1 euro), iar invenția companiei franceze a fost deja premiată la Concursul de inventică de la Orlando, Florida, la categoria „Aplicații verzi în gestionarea energiei”. Descoperirea aparține fondatorilor companiei, Ludovic Deblois și Joël Gilbert, care au demonstrat că „în șase ore se poate încărca complet o baterie, de la soare, iar pentru 30 de minute de conversație este necesară doar o oră”. Primele telefoane cu peliculă fotovoltaică Wysips urmează să apară în primul trimestru al anului 2012. [6][7][8] 3.3. Primul tren de mare viteză european alimentat cu energie solarăPrimul tren din Europa alimentat cu energie produsă de panouri solare a fost trenul internațional de mare viteză de pe ruta Paris-Amsterdam. Energia sa provine de la panourile solare instalate pe tunelul care acoperă calea ferată. Tunelul, lung de 3,5 kilometri, situat lângă Antwerp, nordul Belgiei, este acoperit cu 16.000 de panouri solare pe o suprafață de 50.000 metri pătrați. Instalația solară produce 3.300 de megawatts pe oră. Cantitatea de energie electrică ar putea acoperi consumul mediu anual a 1.000 de gospodării. Proiectul, denumit „Enfinity”, a implicat costuri de 15,6 milioane de euro și reduce emisiile de CO2 cu 2.400 de tone pe an. [9] 3.4. Gadgeturi solare3.4.1. Costum de baie cu panouri fotovoltaiceAndrew Schneider, absolvent al Universității din New York, a creat un costum de baie care permite purtătorului să încarce un iPod sau o camera foto. El este confecționat din panouri foto-voltaice, cusute cu fir conductor. Un astfel de costum de baie, proiectat de Schneider, este cusut în aproximativ 80 de ore și poate costa mai mult de 120 de lire sterline, în fucție de mărimea dorită. Pentru prototipul său, Schneider a folosit 40 de panouri foto-voltaice, unite între ele într-un mod anume pentru a obține tensiunea și amperajul exact. Purtătorii costumului se vor putea bucura fără probleme de apă, cu condiția ca niciun dispozitiv electric să nu fie conectat în timpul înotului și ca, după baie, panourile să fie uscate atunci când se dorește conectarea la portul USB. [10] 3.4.2. Jachetă cu panou solarÎn 2008 creatorul de modă argentinian Julieta Gayoso a creat o jachetă dotată cu un mic panou solar pe spate. Cu ajutorul acestuia se poate alimenta un telefon mobil sau Ipod. Un cablu în interioul hainei, de culoare neagră, face transferul de energie către gadget-urile utilizatorului. [11] 3.4.3. Genti, rucsaci, posete cu panouri solareCercetătorii greci de la Universitatea din Salonic au creat o geantă solară, capabilă de a încărca bateria unui telefon mobil sau a unui MP3 player. O versiune a genții solare era deja în producție în octombrie 2010. Prețul era de 150 de euro. Acum gențile, rucsacii cu panouri solare, care pot încărca telefoane mobile, IPOD-uri, etc sunt uzuale. [12] În mai 2011, firma daneză de design Diffus a scos pe piață o poșetă de lux cu panouri solare, în care poate fi alimentat telefonul mobil. La proiect a participat și o companiă elvețiană de broderie, Forster Rohner et Alexandra Institute, potrivit Green Report. Geanta are „brodate” pe exterior 100 de panouri solare minuscule și poate capta energie solară, pe care o stochează într-o baterie litiu-ion, ascunsă într-unul dintre buzunare. De la această baterie poate fi încărcat telefonul mobil. În plus, atunci când poșeta se deschide, fibrele optice, fixate într-unul din buzunarele interioare, se activează și iluminează interiorul accesoriului, permițând găsirea diverselor lucruri din geantă. Invenția transformă energia solară în electricitate cu o eficacitate de 9%. [12] 3.4.4. Corturi solareArmata Statelor Unite a decis să doteze corturile cu trei tipuri de panouri solare fotovoltaice în incercarea de a optimiza și de a îmbunătăți eficienta soldaților aflați in misiune. Corturile vor profita de condițiile solare favorabile în zonele de conflict pentru a alimenta dispozitivele electronice atât de necesare soldaților pe teren. Capacitatea acestor panouri variază intre 200 si 300 de watti per cort. Sistemul va ușura situația soldaților, care nu vor mai fi nevoiți să-și care peste tot baterii de rezervă. [13] În 2009 Orange în parteneriat cu firma americană Kaleidoscope au creat un concept ultra-modern de cort. Acesta are o instalație de panouri solare prin care este captată suficientă energie pentru ținerea în funcțiune timp de mai multe ore a câtorva aparate electrice personale sau încărcarea bateriilor lor dacă utilizatorii au rămas fără acumulatori. Celulele își ajustează singure poziția astfel încât să fie cât mai mult timp expuse razelor solare. Energia este stocată până când utilizatorii decid să o folosească fie prin punerea în funcțiune a laptop-ul ui, a telefonului sau a altor gadget-uri. O altă funcție utilă constă în sistemul "glo-cation" care transmite un semnal către telefonul mobil, astfel încât poziția în care a fost amplasat cortul să poată fi reperată. Cortul solar are, de asemenea, un display LCD flexibil care afișează energia generată sau consumată și puterea semnalului de internet. În plus, sistemul permite încălzirea interiorului dacă temperatura scade sub valoarea setată. [13] 4. Panloul solar. Functionare.Un panou solar fotovoltaic transforma energia luminoasa din razele solare direct in energie electrica. Componentele principale ale panoului solar sunt celulele solare. [14] Panourile solare se utilizeaza separat sau legate in baterii pentru alimentarea consumatorilor independenti sau pentru generarea de curent electric ce se livreaza in reteaua publica. [14]
Panourile fotovoltaice pot fi considerate ca fiind generatoare de curent continuu, alimentate de lumina solara. Cand fotonii avand o cantitate suficienta de energie ciocnesc o celula solara, acestia elibereaza electroni in structura cristalina si ii forteaza printr-un circuit extern (baterie sau sarcina de curent continuu). Electronii revin la polul opus al celulei solare si intregul proces este repetat. Tensiunea de iesire a unei singure celule solare cristaline este in jur de 0,5V la un curent direct proportional cu suprafata celulei (aproximativ 7A la o suprafata de aproximativ 39 cm2). De obicei, in fiecare panou solar, sunt inseriate intre 30 - 36 de celule (plus la minus), pentru a obtine o tensiune nominala de iesire de 12V (17V tensiune de varf). Panourile solare pot fi conectate in serie sau in paralel, obtinandu-se astfel matrici solare pentru incarcarea bateriilor de 12V, 24V sau 48V. [14] Panouri solare fotovoltaice Kyocera
Pentru a indeplini conditiile impuse de producerea de energie electrica, celulele solare se asambleaza in panouri solare utilizand diverse materiale, ceea ce asigura:
Se cunosc diferite variante de constructie a modelelor existente de panouri solare. In continuare descriem constructia modelului cel mai raspandit in momentul de fata. [14] 4.1. Constructia unui panou solar obisnuit
|
