Energie regenerabilă utilizată la încălzirea casei cu ajutorul colectoarelor solare

Rezumat

Energia solară este energia radiantă produsă în Soare ca rezultat al reacțiilor de fuziune nucleară. Ea este transmisă pe Pământ prin spațiu în cuante de energie numite fotoni, care interacționează cu atmosfera și suprafața Pământului.

Energia solară se referă la transferul energiei luminoase a radiației de Soare. Aceasta poate fi folosită pentru a genera energie electrică (panouri fotovoltaice) sau pentru încălzirea interiorului unei clădiri (panouri solare).

Totodată, încălzind în mod diferit straturile atmosferice, energia solară determină indirect deplasarea acestora, deci, implicit, formarea curenților de aer și a vântului.

Fenomenele de evaporare a apelor de la suprafață, formarea norilor și a precipitațiilor au la bază, de asemenea energia solară. Și tot ei îi este datorat procesul de fotosinteză la plante și eliminarea în mediu a oxigenului, atât de necesar vieții pe Pământ.

Cuvinte cheie

energie solară, panou solar, colector, instalație solară, încălzire.

1. Introducere

Soarele este o stea de mărime și luminozitate medie ca și majoritatea celorlalte stele. Uriașa energie furnizată de Soare este datorată reacțiilor de fuziune nucleară care au loc în interiorul său.

Energia solară poate fi utilizată intens în Dobrogea, Câmpia Română, Câmpia de Vest, Banat, unde durata de strălucire a Soarelui este mare (2.400 de ore anual). Zone cu flux energetic similar important sunt și podișurile Transilvaniei și Moldovei. Sursele geotermale din vestul țării au fost valorificate pe aliniamentul stațiunilor Băile Felix, Tinca, Buziaș.

O instalație solară este alcătuită din unul sau mai multe panouri solare (denumite și colectoare solare), cărora li se adaugă componente de racord la instalația sanitară, de prindere în acoperiș, unul sau doua boilere, pompa de recirculare, elemente electronice (controller).

Cele mai importante colectoare solare pentru încălzirea apei calde sunt: colectoarele plane , colectoarele cu tuburi vidate și colectoarele de tip jgheab.

2. Panourile solare

La panourile solare se face diferența între cele fotovoltaice (fig.1) folosite pentru producerea de energie electrică și cele termice folosite pentru încălzire.

Panourile solare termice sunt colectoare plate , colectoare cu tuburi vidate sau de tip jgheab.

Colectoarele plane s-au folosit pe scară largă datorită prețului mai scăzut.

Colectoarele cu tuburi vidate - mai scumpe dar mai performante se utilizează de mai bine de douăzeci de ani. În ultima vreme prețurile au devenit accesibile datorită seriilor mari de fabricație și a avansului tehnologic. Acestea din urma se utilizează în special la aplicațiile unde este necesară o temperatură mai ridicată sau la instalațiile complexe, care generează atât apa caldă menajeră cât și căldura pentru încălzirea locuințelor. La această oră, recomandarea tehnicienilor se îndreaptă tot mai mult înspre colectoarele cu tuburi vidate datorită gradului ridicat de izolare termică, a eficienței lor mult crescute și a scăderii continue a prețului.

Fig. 1. Structura panoului fotovoltaic

Colectoarele solare plane se clasifică după următoarele criterii: natura agentului termic, modul de asigurare a absorbției energiei solare, forma constructivă a ansamblului absorbant, forma constructivă a canalului prin care circulă agentul termic.

Sunt cele mai utilizate colectoare din lume pentru încălzirea apei, folosită la uzul intern, dar și la diverse aplicații ce necesită apa caldă (piscine, sisteme de încălzire etc.). Aceste colectoare au o gamă de utilizare de la sub -20ș C la aproximativ 85ș C, ce este exact în gama de operare necesare pentru aceste aplicații. Ele sunt durabile și eficiente. Colectoarele plate au un avantaj major față de alte tipuri ce nu sunt la fel de rezistente în zonele în care se ninge destul de mult. Acestea sunt un standard la care toate celelalte tipuri de colectoare sunt raportate.

Colectoarele plane sunt împărțite în două categorii în funcție de scopul utilizării lor, cele destinate încălzirii apei și cele destinate încălzirii aerului.

Condițiile în care diferite tipuri de colectoare plane sunt utilizate pentru încălzirea apei sunt:

- cu circuit, cu o suprafață mică străbătută de apă și cu o capacitate de apă redusă, se utilizează materiale cu o buna conductivitate, ca și cuprul sau aluminiul; se utilizează la temperaturi înalte;

- tipul sandwich, în care atât suprafața udată cât și capacitatea de apă sunt ridicate; se pot utiliza materiale cu o conductivitate redusă, ca plasticul sau oțelul; se utilizează la încălzirea piscinelor;

- tipul semi-sandwich, în care se utilizează materiale cu conductivitate medie ca și oțelul sau aluminiul.

2.2. Funcționarea panourile solare.

Un sistem este format din 2 părți: panou solar (colector) și rezervor (boiler).

Panoul este partea cea mai importantă deoarece radiația solară este captată de suprafața absorbantă a acestuia formată dintr-o tabelă de cupru tratată cu un strat selectiv din titan, iar sub aceasta sunt sudate țevile de cupru prin care circulă agentul termic. Acest lichid, în momentul când se încălzește urcă în partea de sus a colectorului după care ajunge în boiler. Aici el transferă căldură către apa menajeră care circulă liber în rezervor, apoi când se răcește , coboară din nou în colector pentru a-și relua ciclul. Agentul termic poate ajunge la 120° C, astfel ca temperatura apei din rezervor poate atinge 75-90° C pe timp de vara și 30-45° C pe timp de iarnă. În rezervor apa se menține tot timpul caldă datorită faptului că este izolat cu un strat de poliuretan. Pentru sezonul rece rezervorul poate să-și folosească și siguranța de 4 Kw cu termostat, care este privită ca un ajutor. Un lucru foarte important de știut este ca temperatura exterioară nu afectează funcționarea instalației solare. În perioada de iarnă radiația solară este mai mică, deoarece și ziua durează mai puțin, însă pentru a avea randament maxim pentru cele 3 luni de iarnă, există posibilitatea de mărire a capacității suprafeței de absorbție, prin adăugarea unui simplu colector.

În general, colectoarele plane sunt formate dintr-o rețea de țevi din material termoconductor (cupru, în general) cu aripioare din tablă pentru creșterea suprafeței de captare.

Tot acest ansamblu este așezat într-o cutie bine izolată termic. Această cutie are peretele dinspre soare transparent (din sticlă cu transparența ridicată), iar suprafața țevii și a aripioarelor metalice este acoperită cu un strat selectiv (fig. 3) care facilitează absorbția radiațiilor solare și limitează în același timp reflexia acestora. Eficiența acestui tip de colectoare este mai redusă decât a colectoarelor cu tuburi vidate - la suprafețe de captare similare - dar prețul de cost este și el mai scăzut.

Există asemenea colectoare plane în multiple variante constructive, iar recent eficiența lor a fost îmbunătățită simțitor.