Puterea termică solară - energia solară

Energia solară este energia radiantă produsă în Soare ca rezultat al reacţiilor de fuziune nucleară. Ea este transmisă pe Pământ prin spaţiu în cuante de energie numite fotoni, care interacţionează cu atmosfera şi suprafaţa Pământului. Intensitatea radiaţiei solare la marginea exterioară a atmosferei, când Pământul se află la distanţa medie de Soare, este numită constantă solară, a cărei valoare este de 1,37 • 106 ergs/sec/cm2 sau aproximativ 2 cal/min/cm2. Cu toate acestea, intensitatea nu este constantă; ea variază cu aproximativ 0,2 procente în 30 de ani. Intensitatea energiei solare la suprafaţa Pământului este mai mică decât constanta solară, datorită absorbţiei şi difracţiei energiei solare, când fotonii interacţionează cu atmosfera.

Intensitatea energiei solare în orice punct de pe Pământ depinde într-un mod complicat, dar previzibil, de ziua anului, de oră, de latitudinea punctului. Chiar mai mult, cantitatea de energie solară care poate fi absorbită depinde de orientarea obiectului ce o absoarbe.

Absorbţia naturală a energiei solare are loc în atmosferă, în oceane şi în plante. Interacţiunea dintre energia solară, oceane şi atmosferă, de exemplu, produce vânt, care de secole a fost folosit pentru morile de vânt. Utilizările moderne ale energiei eoliene presupun maşini puternice, uşoare, cu design aerodinamic, rezistente la orice condiţii meteo, care ataşate la generatoare produc electricitate pentru uz local, specializat sau ca parte a unei reţele de distribuţie locală sau regională.

Aproximativ 30% din energia solară care ajunge la marginea atmosferei este consumată în circuitul hidrologic, care produce ploi şi energia potenţială a apei din izvoarele de munte şi râuri. Puterea produsă de aceste ape curgătoare când trec prin turbinele moderne este numită energie hidroelectrică. Prin procesul de fotosinteză, energia solară contribuie la creşterea biomasei, care poate fi folosită drept combustibil incluzând lemnul şi combustibilele fosile ce s-au format din plantele de mult dispărute. Combustibili ca alcoolul sau metanul pot fi, de asemenea, extrase din biomasă.

De asemenea, oceanele reprezintă o formă naturală de absorbţie a energiei. Ca rezultat al absorbţiei energiei solare în oceane şi curenţi oceanici, temperatura variază cu câteva grade. În anumite locuri, aceste variaţii verticale se apropie de 20C pe o distanţă de câteva sute de metri. Când mase mari de apă au temperaturi diferite, principiile termodinamice prevăd că un circuit de generare a energiei poate fi creat prin luarea de energie de la masa cu temperatură mai mare şi transferând o cantitate mai mică de energie celei cu temperatură mai mică. Diferenţa între aceste două energii calorice se manifestă ca energie mecanică, putând fi legată la un generator pentru a produce electricitate.

Captarea directă a energiei solare presupune mijloace artificiale, numite colectori solari, care sunt proiectate să capteze energia, uneori prin focalizarea directă a razelor solare. Energia, odată captată, este folosită în procese termice, fotoelectrice sau fotovoltaice. În procesele termice, energia solară este folosită pentru a încălzi un gaz sau un lichid, care apoi este înmagazinat sau distribuit. În procesele fotovoltaice, energia solară este transformată direct în energie electrică, fără a folosi dispozitive mecanice intermediare. În procesele fotoelectrice, sunt folosite oglinzile sau lentilele care captează razele solare într-un receptor, unde căldura solară este transferată într-un fluid care pune în funcţiune un sistem de conversie a energiei electrice convenţionale.

În continuare vom prezenta câteva dintre aceste dispozitive de captare a energiei solare:

Panourile solare

Fluidul colector care trece prin canalele panoului solar are temperatura crescută datorită transferului de căldură. Energia transferată fluidului purtător este numită eficienţă colectoare instantanee. Panourile solare au în general una sau mai multe straturi transparente pentru a minimaliza pierderile de căldură şi pentru a putea obţine o eficienţă cât mai mare. În general, sunt capabile să încălzească lichidul colector până la 82C cu un randament cuprins între 40 şi 80%.

Aceste panouri solare au fost folosite eficient pentru încălzirea apei şi a locuinţelor. Acestea înlocuiesc acoperişurile locuinţelor. În emisfera nordică, ele sunt orientate spre sud, în timp ce în emisfera sudică sunt orientate spre nord. Unghiul optim la care sunt montate panourile depinde de latitudinea la care se găseşte instalaţia respectivă. În general, pentru dispozitivele folosite tot anul, panourile sunt înclinate la un unghi egal cu latitudinea la care se adună sau se scad 15 şi sunt orientate spre sud respectiv nord.

În plus, panourile solare folosite la încălzirea apei sau a locuinţelor prezintă pompe, senzori de temperatură, controllere automate care activează pompele şi dispozitivul de stocare a energiei. Aerul sau chiar un lichid pot fi utilizate ca fluide în sistemul de încălzire solară şi un acumulator sau un rezervor cu apă, bine izolate, sunt folosite de obicei ca medii de stocare a căldurii. În anexa 1 este prezentată schema simplificată a unei locuinţe care foloseşte pentru încălzire sau răcire astfel de panouri solare.

Un panou solar fotovoltaic spre deosebire de un panou solar termic transformă energia luminoasă din razele solare direct în energie electrică. Componentele principale ale panoului solar reprezintă celulele solare. Panourile solare se utilizează separat sau legate în baterii pentru alimentarea consumatorilor independenţi sau pentru generarea de curent electric ce se livrează în reţeaua publică. Un panou solar este caracterizat prin parametrii săi electrici cum ar fi tensiunea de mers în gol sau curentul de scurtcircuit. Pentru a îndeplini condiţiile impuse de producerea de energie electrică, celulele solare se vor asambla în panouri solare utilizând diverse materiale, ceea ce va asigura: