Cercetări Privind Realizarea unui Sistem Solar pentru Încălzirea Apei Necesare unei Ferme Agricole Familiale

Capitolul 1. Analiza sistemelor solare pentru incălzirea apei calde menajere

1.1. Energie solară termică : Istoric

Primele utilizări ale energiei solare, prin captare, sunt prezente încă din antichitate. Este suficient să amintim că Heron din Alexandria a construit un dispozitiv pentru pompare a apei care folosea ca sursă primară energia solară, şi ca în secolul al III-lea î.H., matematicianul grec Arhimede (287 - 212 î.H.) a apărat cetatea Siracuza (Sicilia) de atacuri, cu ajutorul unor oglinzi uriaşe care orientau fasciculele de lumină focalizatã spre navele inamice, incendiindu-le.

Dar nu numai însorita coastă a Mediteranei a fost sediul unor realizări interesante în domeniul solar, ci şi America vechilor civilizaţii a avut construcţii remarcabile bazate pe cunoaşterea experimentală a fizicii radiaţiei solare. Unul din exemplele cele mai interesante îl reprezintă „castelul lui Montezuma", datat din jurul anului 700 e.n. şi aflat în actuala Arizona. Această construcţie era „climatizată" vara şi iarna, fiind ridicată sub o imensă boltă de stâncă orientate spre sud. Zidul masiv de stâncă o umbrea vara - când Soarele are înălţime mare pe boltă , iar iarna, înmagazinând căldura, o încălzea prin radiaţie şi permitea şi razele solare să ajungă la zidurile ei, căci distanta pana la Soare este mult mai mică în acest anotimp. În secolul al XVIII-lea naturalistul Horace-Bénédict de Saussure a construit precursorul panoului solar de azi, o cutie simplă de lemn, cu interiorul vopsit în negru şi acoperită cu sticlă. Cu acest prim panou solar s-a atins o temperatură de 87°C(1767). In 1830 astrologul Sir John Hershel utilizeazã "cutia fierbinte" pentru a gãti în timpul unei expediţii în sudul Africii iar anul 1891 când are loc patentarea primului sistem comercial de încãlzire a apei de cãtre Clarence Kemp.

La mijlocul secolului al XIX-lea francezul Augustin Mouchot a dezvoltat panoul lui Saussure adăugându-i oglinzi concave, iar în anul 1878 la expoziţia mondială din Paris a expus o maşină cu aburi acţionată cu energie solară şi a făcut propunere utilizării acesteia pentru generarea de electricitate.

În 1903, colonelul spaniol Isidoro Cabanyes a descris un semineu solar în revistă "La energía eléctrica". O descriere a unor centrale electrice avand la baza semineurile solare a fost patentata si înregistrata in 1931 de un autor german, Hanns Günther. Începând cu 1975, Robert E. Lucier a cerut patente pe un generator de putere de turn solar electric, iar intre 1978 si 1981 aceste patente au fost inregistrate în Australia, Canada, Israel si USA.

1.2 Necesitatea utilizării surselor de energie solară

Domeniul cel mai raspândit al utilizării energiei solare in instalaţii il reprezintă cel al producerii de apă caldă de consum, deoarece instalaţiile de preparat apa calda de consum sunt simple si cu eficienţă ridicată, in raport cu alte instalaţii similare folosite pentru conversia energiei soalre.

Energia solară reprezintă cea mai impresionantă şi sigură sursă de energie. Într-un interval de 20 de minute, soarele furnizează echivalentul consumului energetic anual al omenirii. Pe teritoriul României, pe o suprafaţă orizontală de 1 mp, putem capta anual o cantitate de energie cuprinsă intre 900 si 1450 kWh, dependentă bineinţeles şi de anotimp. Radiaţia medie zilnică poate sa fie de 5 ori mai intensă vara decât iarna. Dar şi pe timp de iarnă, in decursul unei zile senine, putem capta 4-5 kWh/mp/zi, radiaţia solară captată fiind independentă de temperatura mediului ambiant.

Datorită acestor cantităţi teoretice mari de energie care sunt înmagazinate de către radiaţia luminoasă si a randamentului de transformare al acestei energii in caldură, instalaţiile termice care folosesc energia termică solară sunt deosebit de eficiente având câteva avantaje care le propun pentru a fi utilizate pentru producerea apei calde:

- Acoperă până la 70% din necesarul dumneavoastră de apă caldă;

- reduce cu până la 50% costurile dumneavoastră de incălzire;

- beneficiază de subvenţii din partea statului;

- reprezintă combinaţia ideală cu sistemele de incălzire existente;

- permite acoperirea unei cote de până la 100% din necesarul de apă caldă cu ajutorul soarelui pe parcursul lunilor de vara;

- prin intermediul unor sisteme tehnice inovatoare, permite un montaj facil.

Energia solară are câteva mari avantaje care o preferă surselor convenţionale de obţinere a energiei si anume:

- Este ecologică. Astfel se reduc emisiile de CO2 care contribuie la crearea efectului de seră.

- Este economică. Functionează în baza aceluiaş raport de preţ/calitate ca şi o instalaţie convenţională de producere a apei calde menajere si incălzire Sunt generate costuri suplimentare relativ reduse cu montarea simultană a unei instalaţii de producere a apei calde.

- Costul suportat de beneficiarul unui astfel de sistem pentru energie se va diminua cu 70 până la 100%.

- Este durabilă. Durată de viaţă a unui echipament solar este de până la 30 de ani, graţie utilizării exclusive a matrialelor rezistente la intemperii.

- Este eficientă si autonomă. În mare măsura nu este necesară efectuarea de lucrări de intreţinere şi nu depinde de majorarea preţului energiei obţinute prin surse convenţionale.