Convertirea energiei solare în energie electrică

REZUMAT

Lucrarea prezintă principalele configuraţii ale sistemelor fotovoltaice cu panouri solare, alături de cele mai utilizate topologii de invertoare fotovoltaice. Sunt descrise elementele componente ale acestora, avantajele, dezavantajele şi domeniile de putere şi aplicabilitate.

ABSTRACT

The paper deals with the main power configurations for PV systems with solar cells and the most used topologies of PV inverters with and without DC-DC boost converters and LF/HF transformers. The main components, configurations, advantages, drawbacks and a range of applications are also described

Definirea conceptului de energie

Energia este capacitatea materiei de a efectua lucru mecanic ca rezultat al mişcării sau al poziţiei în relaţie cu forţele care acţionează asupra sa.

Energia asociată mişcării se numeşte energie cinetică, iar cea asociată poziţiei se numeşte energie potenţială.

Energia există în diferite forme: mecanică, termică, chimică, electrică, radiantă şi nucleară. Toate formele de energie se pot transforma unele în altele, prin procese adecvate. În procesul transformării, energia cinetică sau potenţială poate creşte sau să se micşoreze, dar suma celor două energii rămâne constantă.

Toate formele de energie tind să se transforme în căldură, care este cea mai perisabilă dintre forme. În mecanisme, energia care nu este transformată în lucru mecanic util este disipată sub formă de căldură de frecare, iar pierderile din circuitele electrice sunt în principal sub formă de căldură (efectul caloric).

Observaţiile empirice din secolul al 19-lea au condus la concluzia că deşi energia se poate transforma dîntr-o formă în alta, ea nu poate fi creată sau distrusă. Acest concept, cunoscut sub numele de principiul conservării energiei, constituie unul din principiile de bază ale mecanicii clasice. Acest principiu, împreună cu cel al conservării materiei, este valabil doar pentru viteze mici în comparaţie cu viteza luminii. La viteze mari, comparabile cu viteza luminii, cum ar fi cele din reacţiile nucleare, energia şi materia se pot converti una în cealaltă. Astfel, în fizica modernă, cele două concepte materie şi energie sunt unificate. Relaţia a fost exprimată de Einstein : E=mc2.

Energia regenerabilă se referă la forme de energie produse prin transferul energetic al energiei rezultate din procese naturale regenerabile. Astfel, energia luminii solare, a vânturilor, a apelor curgătoare, a proceselor biologice şi a căldurii geotermale pot fi captate de către oameni utilizând diferite procedee. Sursele de energie ne-reînnoibile includ energia nucleară precum şi energia generată prin arderea combustibililor fosili, aşa cum ar fi ţiţeiul, cărbunele şi gazele naturale. Toate aceste forme de energie sunt valorificate pentru a servi la generarea curentului electric, apei calde, etc.

Energia eoliană este generată prin transferul energiei vântului unei turbine eoliene. Vânturile se formează datorită încălzirii neuniforme a suprafeţei Pământului de către energia radiată de Soare care ajunge la suprafaţa planetei noastre. Această încălzire variabilă a straturilor de aer produce zone de aer de densităţi diferite, fapt care creează diferite mişcări ale aerului. Energia cinetică a vântului poate fi folosită la antrenarea elicelor turbinelor, care sunt capabile de a genera electricitate.

Energia eoliană este o sursă inepuizabilă. Producerea energiei folosind ca sursă vântul nu duce la poluarea mediului şi este disponibilă în proporţii practic nelimitate. Costurile de producere sunt în momentul de faţă comparabile cu cele ale energiei produse din combustibili tradiţionali.

Aplicaţiile posibile pentru folosirea energiei :

Turbinele de vânt - energia este generată într-un alternator de turaţie joasă, rezultatul fiind o tensiune de 240-400v de putere variabilă, atât timp cât bate vântul.

Turbogeneratoarele eoliene sunt o altă aplicaţie a energiei vântului.

Energia geotermală

Sub denumirea de energie geotermală sunt exploatabile două surse de energie:

- energia miezului fierbinte al Pământului transmisă prin conducţie, straturilor superioare ale acestuia.

- energia solara transmisă prin radiaţie pământului şi înmagazinată în paturile sale de suprafaţă.

Aplicaţiile moderne ale energiei geotermale includ pompe geotermale pentru încălzirea şi răcirea locuinţelor.