Analiza Soluțiilor Moderne de Conversie Termică a Energiei Solare

INTRODUCERE

În timpul de faţă a devenit din ce în ce mai clar faptul că rezervele energetice de combustibili fosili sunt finite. Aceasta a determinat creşterea interesului pentru aşa numitele surse noi de energie şi în special, pentru energia solară.

Energia solară directă este principala sursă de energie primară a Pământului. Ea se caracterizează prin aceea că este nepoluantă, regenerabilă, abundentă şi utilizabilă pe tot globul fie în formă directă, fie prin formele ei derivate, cum ar fi energia hidraulică, eoliană, energia valurilor, curenţilor etc.

Prin procese de fuziune nucleară, Soarele emană o energie anuală de aproximativ 2,5.109 EJ (1 EJ = 1018 J), din care 5,6.106 EJ ajung pe suprafaţa Pământului, fiind repartizată astfel:

- din radiaţia primită de Pământ, 1,7.106 EJ este reflectată în Univers;

- o parte însemnată, de 1,2.106 EJ, este utilizată în circuitul hidrologic;

- din cantitatea de energie ce ajunge la suprafaţa Pământului 1,4.105 EJ este consumată de vânturi, valuri şi curenţi marini, iar 1,6.102 EJ de energia hidraulică;

- o cantitate redusă, de 5600 EJ, este transformată de plante şi bacterii fotosintetizante în energie chimică în procesul fotosintezei (biomasă);

- o parte din energia solară, într-un procent foarte mic, contribuie la încălzirea scoarţei Pământului (996 EJ);

- restul de energie solară, circa 2,5.106 EJ, este energia radiată în Univers

CAPITOLUL 1

CARACTERISTICILE ENERGETICE ALE RADIAŢIEI SOLARE

1.1. Radiaţia solara extraterestra. Constanta solară

Soarele, o stea de mărime medie, reprezintă un corp incandescent cu temperatura în interior de 10. 15 mil. K şi la suprafaţă - 5762 K. Temperatura este menţinută de reacţiile de fuziune, în cea mai mare măsură, a hidrogenului în heliu.

Radiaţia solară se datorează emisiei termice (sub formă de unde electromagnetice) a suprafeţei astrului şi, cum se vede din fig. 1.1, repartiţia ei spectrală este foarte apropiată de cea a corpului negru la temperatura respectivă.

Spectrul solar poate fi împărţit în trei regiuni de bază:

• radiaţie ultravioletă ( 0,38 m)- 7%;

• radiaţie vizibilă (0,38m  0,78 m) - 47,3%;

• radiaţie infraroşie ( 0,78 m) - 45,7%.

Radiaţia cu lungimea de unda mai mare de 2,5 m este neglijabil de mică şi de aceea energia solară este considerată ca radiaţie de unde scurte.

Puterea de emisie a soarelui este apredată la 38,31025W, din care Pământului îi revin 2107W, ceea ce corespunde unei cantităţi anuale de 61024 J.

Densitatea fluxului de radiaţie la suprafaţa atmosferei Pământului constituie 1,353 kW/m2. Această mărime mai este numită şi constantă solară.

1.2. Radiaţia solară pe suprafaţa Pământului

La trecerea prin atmosfera terestră radiaţia solară este supusă unui şir de alterări în intensitate, distribuţie spectrală şi direcţională:

• absorbţie selectivă de către ozon, gaze triatomice, oxigen, vapori de apă şi alte lichide, praf;

• reflecţie de către nori;

• difuzie de către molecule şi particule în suspensie;

• difracţie de către praf, suspensii.

La suprafaţa Pământului ajunge mai puţin de jumătate din radiaţia iniţială (fig. 1.2), cca 29% din ea fiind absorbită şi 25% reflectată de atmosferă. Se schimbă şi compozitia ei spectrală, razele ultraviolete fiind aproape complect absorbite de stratul de ozon.

De suprafaţa Pământului sunt absorbite în medie circa de 40% din radiaţia solară de unde scurte, din care peste jumătate - radiaţie directă şi cealaltă parte - indirectă, supusă difuzării, difracţiei sau reflecţiei de către componentele atmosferei.