Energia Solară

Energia solara este energia radianta produsa în Soare ca rezultat al reactiilor de fuziune nucleara. Ea este transmisa pe Pamânt prin spatiu în cuante de energie numite fotoni, care interactioneaza cu atmosfera si suprafata Pamântului. Intensitatea radiatiei solare la marginea exterioara a atmosferei, când Pamântul se afla la distanta medie de Soare, este numita constanta solara, a carei valoare este de 1,37*106 ergs/sec/cm2 sau aproximativ 2 cal/min/cm2. Cu toate acestea, intensitatea nu este constanta; ea variaza cu aproximativ 0,2 procente în 30 de ani. Intensitatea energiei solare la suprafata Pamântului este mai mica decât constanta solara, datorita absorbtiei si difractiei energiei solare, când fotonii interactioneaza cu atmosfera.

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

Absorbtia naturala a energiei solare are loc în atmosfera, în oceane si în plante. Interactiunea dintre energia solara, oceane si atmosfera, de exemplu, produce vânt, care de secole a fost folosit pentru morile de vânt. Utilizarile moderne ale energiei eoliene presupun masini puternice, usoare, cu design aerodinamic, rezistente la orice conditii meteo, care atasate la generatoare produc electricitate pentru uz local, specializat sau ca parte a unei retele de distributie locala sau regionala.

Aproximativ 30% din energia solara care ajunge la marginea atmosferei este consumata în circuitul hidrologic, care produce ploi si energia potentiala a apei din izvoarele de munte si râuri. Puterea produsa de aceste ape curgatoare când trec prin turbinele moderne este numita energie hidroelectrica. Prin procesul de fotosinteza, energia solara contribuie la cresterea biomasei, care poate fi folosita drept combustibil incluzând lemnul si combustibilele fosile ce s-au format din plantele de mult disparute. Combustibili ca alcoolul sau metanul pot fi, de asemenea, extrase din biomasa.

De asemenea, oceanele reprezinta o forma naturala de absorbtie a energiei. Ca rezultat al absorbtiei energiei solare în oceane si curenti oceanici, temperatura variaza cu câteva grade. În anumite locuri, aceste variatii verticale se apropie de 20°C pe o distanta de câteva sute de metri. Când mase mari de apa au temperaturi diferite, principiile termodinamice prevad ca un circuit de generare a energiei poate fi creat prin luarea de energie de la masa cu temperatura mai mare si transferând o cantitate mai mica de energie celei cu temperatura mai mica. Diferenta între aceste doua energii calorice se manifesta ca energie mecanica, putând fi legata la un generator pentru a produce electricitate.

Captarea directa a energiei solare presupune mijloace artificiale, numite colectori solari, care sunt proiectate sa capteze energia, uneori prin focalizarea directa a razelor solare. Energia, odata captata, este folosita în procese termice, fotoelectrice sau fotovoltaice. În procesele termice, energia solara este folosita pentru a încalzi un gaz sau un lichid, care apoi este înmagazinat sau distribuit. În procesele fotovoltaice, energia solara este transformata direct în energie electrica, fara a folosi dispozitive mecanice intermediare. În procesele fotoelectrice, sunt folosite oglinzile sau lentilele care capteaza razele solare într-un receptor, unde caldura solara este transferata într-un fluid care pune în functiune un sistem de conversie a energiei electrice conventionale.

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

A. Panourile solare

Fluidul colector care trece prin canalele panoului solar are temperatura crescuta datorita transferului de caldura. Energia transferata fluidului purtator este numita eficienta colectoare instantanee. Panourile solare au în general una sau mai multe straturi transparente pentru a minimaliza pierderile de caldura si pentru a putea obtine o eficienta cât mai mare. În general, sunt capabile sa încalzeasca lichidul colector pâna la 82°C cu un randament cuprins între 40 si 80%.

Aceste panouri solare au fost folosite eficient pentru încalzirea apei si a locuintelor. Acestea înlocuiesc acoperisurile locuintelor. În emisfera nordica, ele sunt orientate spre sud, în timp ce în emisfera sudica sunt orientate spre nord. Unghiul optim la care sunt montate panourile depinde de latitudinea la care se gaseste instalatia respectiva. În general, pentru dispozitivele folosite tot anul, panourile sunt înclinate la un unghi egal cu latitudinea la care se aduna sau se scad 15° si sunt orientate spre sud respectiv nord.

În plus, panourile solare folosite la încalzirea apei sau a locuintelor prezinta pompe, senzori de temperatura, controllere automate care activeaza pompele si dispozitivul de stocare a energiei. Aerul sau chiar un lichid pot fi utilizate ca fluide în sistemul de încalzire solara si un acumulator sau un rezervor cu apa, bine izolate, sunt folosite de obicei ca medii de stocare a caldurii. În anexa 1 este prezentata schema simplificata a unei locuinte care foloseste pentru încalzire sau racire astfel de panouri solare.

B. Captatoare de energie

Pentru aplicatii cum sunt aerul conditionat, centrale de energie si numeroase cereri de caldura, panourile solare nu pot furniza fluide colectoare la temperaturi suficient de mari pentru a fi eficiente. Ele pot fi folosite ca dispozitive de încalzire în prima faza, dupa care temperatura fluidului este apoi crescuta prin mijloace conventionale de încalzire. Alternativ, pot fi folosite colectoare mai complexe si mai scumpe. Acestea sunt dispozitivele care reflecta si focalizeaza razele solare incidente într-o zona mica de captare. Ca rezultat al acestei concentrari, intensitatea energiei solare este marita si temperatura care poate fi atinsa poate ajunge la câteva sute sau chiar câteva mi de grade Celsius. Aceasta captatoare trebuie sa se miste dupa cum se misca soarele, pentru a functiona eficient si dispozitivele utilizate se numesc heliostate.