Captarea Energiei Solare și Conversia în Alte Forme de Energie

În vederea utilizării sale energia solară trebuie captată urmând apoi să fie supusă unei conversii în forma convenabilă pentru scopul propus. Defazajul de timp dintre momentul captării şi cel al utilizării impune şi stocarea energiei convertite; totodată distanţa dintre locul captării şi cel al utilizării necesită transportul energiei convertite. Cele trei forme de conversie a energiei solare sunt:

- Conversia heliochimică. Fotosinteza este un proces heliochimic specific plantelor care produce hrană şi transformă CO2 în O2.

- Conversia helioelectrică. Convertorii fotovoltaici se bazează pe procesul helioelectric, putînd fi utilizaţi pentru alimentarea navelor spaţiale, dar şi în tot mai multe aplicaţii terestre.

- Conversia heliotermică. Procesul heliotermic, subiectul de prim inters al acestui capitol, permite furnizarea de energie termică pentru prepararea apei calde menajere, pentru încălzirea/răcirea spaţiilor rezidenţiale, pentru producerea de energie electrică, pentru distilare, precum şi pentru generarea de căldură necesară în diverse procese industriale, sau din agricultură.

Captatorii solari au la dispoziţie în medie 1 kW/m2 energie solară, ceea ce permite ridicarea temperaturii unui corp negru pînă la temperatura de 91 ºC, iar dacă se creează şi efectul de seră chiar de 160 ºC. În condiţii curente, combinaţia simultană a celor două efecte, corespunzător unui randament de 50 60%, aduce fluidul la o temperatură apropiată de 100 ºC. Pentru sporirea absorbţiei radiaţiei incidente se practică înegrirea suprafeţei captatoare. În plus, stratul de sticlă ce acoperă captatorul solar are efect selectiv (izolator): sticla este transparentă la radiaţia solară, dar reflectă (parţial) şi absoarbe radiaţia infraroşie emisă de suprafaţa colectoare.

Experimentele realizate în direcţia concentrării energiei solare cu oglinzi concave (sferice, sau parabolice), respectiv cu lentile convergente au pus în evidenţă posibilitatea obţinerii unor densităţi energetice de cîteva zeci de mii de ori mai mari decît valorile naturale. În focarul acestora se obţin temperaturi de 3000 4000 ºC, cu condiţia orientării continue a oglinzilor spre soare. Aceste instalaţii experimentale sunt costisitoare, pretenţioase deci greu de extins la scară mare în primul rând datorită costurilor necompetitive faţă de alte surse energetice. Oglinzile cilindro-parabolice cu orientare periodică (lunară) permit o concentrare a radiaţiei solare de 150 200 ori iar temperaturile atinse sunt de cîteva sute de grade.

Conversia heliotermică. Colectori plani

O întrebuinţare evidentă şi comodă a energiei solare este încălzirea aerului din locuinţe precum şi a apei. Spaţiile rezidenţiale, sau nerezidenţiale situate în zonele relativ reci ale globului terestru necesită încălzirea aerului interior pentru asigurarea confortului termic; pe de altă parte apa caldă menajeră este azi indispensabilă unui trai civilizat. Încă din anii ‘90 o serie de ţări, precum Australia, SUA, Izrael, Japonia ş.a. au dezvoltat fabricaţia pe scară industrială a captatorilor solari.

Captatorul, sau colectorul solar este partea principală a oricărei instalaţii solare (Fig. 3.1). In interiorul său are loc transformarea energiei oferite de radiaţia solară sub forma termică precum şi transferul căldurii către fluidul purtător. Radiaţia solară incidentă are o lungime de undă cuprinsă în intervalul 0,29 la 2,5 μm, iar energia purtată de aceasta nu produce efecte termice. Corpurile aflate sub incidenţa radiaţiei solare absorb energia adusă de aceasta. În urma acestei absorbţii de energie (sub forma radiaţiei electromagnetice cu lungime de undă scurtă) se constată la corpurile în cauză o emisie, însă de data acesta cu lungime de undă semnificativ mai mare. Această radiaţie produce efecte termice, adică este purtătoare de energie termică.