Sisteme fotovoltaice

Secțiunea 1

Elemente fundamentale ale utilizării energiei solare

A. Introducere

Alimentarea cu energie în viitor e pusă în discuție din ce în ce mai mult, odată cu amenințarea schimbării climatului global (încălzirea globală), ce este în mare parte cauzat de utilizarea combustibilor fosili (petrol, cărbune, gaz). Una dintre cele mai importante sarcini în prezent este găsirea de strategii și sisteme pentru a produce energie într-un mod ecologic, nepoluant. Astfel sursele de energie regenerabilă ca soarele și vântul satisfac toate condițiile ce trebuiesc îndeplinite pentru alimentarea cu energie în viitor. În plus, aceste surse de energie sunt mai puțin pretențioase în utilizare, decât rezervele de combustibil fosil ce vor mai fi folosite o perioadă limitată.

Radiația solară diferă esențial de combustibilul fosil, ambele având forme și caracteristici specifice. Natura radiației solare trebuie să fie cunoscută dacă posibilitățile și limitele utilizării energiei solare au fost înțelese. În cele ce urmează voi prezenta câteva idei esențiale de fizica radiației.

B. Energia și utilizarea de energie

O lege fundamentală a fizicii în conservarea energiei se aplică și în utilizarea energiei solare:

Energia nu poate fi nici creată nici distrusă.

Energia poate fi doar convertită dintr-o formă în alta

Aceasta înseamnă că energia poate fi prezentă în diferite forme. Căldura care apare în obiectele de metal expuse la soare este numai una din formele energiei, așa numita energie termică. Deci, în concordanță cu legea conservării energiei, rezultatul procesului de conversie este tot o formă de energie. Conversia survine din interacțiunea între radiația solară și material.

Forma generală a sistemului de conversie energetică este reprezentată în figura 1.

Alt proces de conversie alături de conversia termică, este de asemenea cunoscut, si oferă un potențial complementar în utilizarea energiei solare. Proprietățile receptorului determină procesul și odată cu el, rezultatul interacțiunii între radiație și material. Câteva exemple sunt listate in tabelul 1.

Tip receptor Conversie în Forma de energie obținută

metal negru căldură energie termică

Plantă biomasă energie chimică

celulă solară electricitate energie electrică

colector solar căldură energie termică

Posibilități pentru utilizarea energiei solare

După cum se știe în ziua de azi, fiecare proces natural se supune legii conservării energiei ; de asemenea, aceasta determină și limita de conversie a energiei cu un sistem tehnic (ex: căldură): Cantitatea energiei totale utilizate la ieșirea dintr-un sistem de conversie (căldura) nu poate depăși cantitatea energiei de intrare. Așa numitul perpetuum mobile, care furnizează mai multă energie decât primește, este inexistent.

C. Modele de radiație și materie

Pentru a putea explica conversia radiației solare în alte forme de energie, în primul rând trebuie menționate modelele ce vor fi utilizate în fizica modernă pentru a descrie structura și proprietățile materialului corpurilor si a radiației. În pasul al doilea, această teorie simplă va fi aplicată pentru a clarifica interacțiunea ce stă la baza conversiei radiației în altă formă de energie. Astfel avem: Materia, Radiația, Căldura.

Materia este este alcătuită din entități extrem de mici, atomii, ce conțin un nucleu și electronii ce orbitează în jurul nucleului (figura 2). Electronii sunt încărcați negativ, iar nucleul este pozitiv. Aparența exterioară a materialului și a proprietăților lui în stare solidă, lichidă și gazoasă, sunt determinate de tipul atomilor și forțele ce acționează între ei.

Într-un corp solid, atomii sunt legați rigid unul de celălalt, pe când ei pot fi dispuși relativ la fiecare dintre ei, când materialul e în stare lichidă. Într-un gaz, atomii se pot deplasa independent de fiecare din ceilalți atomi.