Proiectarea Unui Sistem de Alimentare Cu Energie Electrica Produsa Din Energie Solara Pentru o Pensiune Turistica Din Zona Dobrogei

Proiectarea unui sistem de alimentare cu energie electrica produsa din energie solara pentru o pensiune turistica din zona zona Dobrogei Dobrogei Rezumat

Prin acest proiect se urmareste realizarea unui sistem de alimentare alimentare cu energie electrica produsa din energie solara pentru o pensiune turistica din zona Dobrogei. Perioada de activitate a pensiunii este in sezonul sezo nul estival primavara – vara vara - toamna, iar pe perioada iernii pensiunea nu este deschisa activitatilor de turism prin urmare urmare numarul de consumatori electrici in functiune este mult mai mic. Deoarece numarul consumatorilor electrici este mai mic pe perioada iernii si mai mare pe perioada verii necesarul de energie electrica va fi mult mai mare pe perioada verii copmarativ cu perioada iernii. Se urmareste ca pesiunea sa fie fie independenta energetic, deci se va proiecta un sistem sistem offgrid. Toate elementele sistemului sunt proiectate in functie de consumul mare din perioada verii. Abstract

The objective of this project is to realize a system of supplying electric energy produced energy produced by using solar energy for a tourist pension from Dobrogea. The activity period for the pension the pension is is in the spring-summer-autumn season and the pension is closed for touristic activity during the winter, winter, therefore the number of electrical consumers in function is much smaller. Because the number of electrical consumers is smaller during the winter an d larger during summer, the necessary of electrical energy will be much higher during summer, compared to winter season. The goal is to have energy independence in the pension, therefore an off-grid off-grid system will system will be designed. All the elements of the system are designed based b ased on the high consumption during the summer.

Cap. 1. Introducere 1.1. Descrierea amplasamentului

Dintre cele mai uzuale aplicatii a energiei regenerabile re generabile este alimentarea cu energie electrica a unui imobil aflat intr-o zona fara acces la reteaua publica. Pentru aceasta aplicatie se poate opta pentru alimentare folosind panouri fotovoltaice sau generatoare eoliene. Pensiunea pentru care se doreste proiectarea unui unu i sistem de alimentare cu energie din surse regenerabile este amplasata in sud-estul Romaniei, jud. Constanta, amplasamentul fiind situat pe marginea lacului Siutghiol, izolat din punct de vedere energetic. Zona Dobrogei prezinta un potential bogat in surse regenerabile dintre care cele mai importante sunt energia eoliana si energia solara. Deoarece pensiunea se gaseste pe culoarul de zbor al unor pasari migratoare s-a ales folosirea panourilor fotovoltaice.

Figura 1. 1. Amplasamentul pensiunii – harta harta satelit (googlemaps.com) (go oglemaps.com)

Pensiunea este folosita cu preponderenta in perioada estivala de d e 1 mai – 1 1 septembrie perioada care corespunde si unui potential solar fotovoltaic ridicat. Pe timpul iernii, pensiunea va fi inchisa si ca mijloc de siguranta se vor folosi camere de supraveghere si alarme, cu transmiterea imaginilor video cu ajutorul internetului la proprietar.

Cap. 1. Introducere 1.1. Descrierea amplasamentului

Dintre cele mai uzuale aplicatii a energiei regenerabile re generabile este alimentarea cu energie electrica a unui imobil aflat intr-o zona fara acces la reteaua publica. Pentru aceasta aplicatie se poate opta pentru alimentare folosind panouri fotovoltaice sau generatoare eoliene. Pensiunea pentru care se doreste proiectarea unui unu i sistem de alimentare cu energie din surse regenerabile este amplasata in sud-estul Romaniei, jud. Constanta, amplasamentul fiind situat pe marginea lacului Siutghiol, izolat din punct de vedere energetic. Zona Dobrogei prezinta un potential bogat in surse regenerabile dintre care cele mai importante sunt energia eoliana si energia solara. Deoarece pensiunea se gaseste pe culoarul de zbor al unor pasari migratoare s-a ales folosirea panourilor fotovoltaice.

Figura 1. 1. Amplasamentul pensiunii – harta harta satelit (googlemaps.com) (go oglemaps.com)

Pensiunea este folosita cu preponderenta in perioada estivala de d e 1 mai – 1 1 septembrie perioada care corespunde si unui potential solar fotovoltaic ridicat. Pe timpul iernii, pensiunea va fi inchisa si ca mijloc de siguranta se vor folosi camere de supraveghere si alarme, cu transmiterea imaginilor video cu ajutorul internetului la proprietar.

Figura 1. 2. Amplasamentul pensiunii – harta harta rutiera (googlemaps.com)

Aceasta pensiune dispune de: 14 camere, fiecare camera avand cate un TV, o baie proprie si aer conditionat;  un receiver satelit;   2 camere business class, avand in plus cate un calculator ;  bucatarie; un restaurant;  spalatorie;   iluminat periferic periferic de noapte constand in in lampi solare. 1.2. Descrierea consumatorilor

Consumatorii energetici sunt prezentati in Tabelul 1. 1: Tabelul 1. 1. Consumatorii energetic de pe amplasament

Consumatori

Putere(W)

Ore de functionare (zi)

Zile de functionare

Televizor color

110x16=1760

4

(saptamana) 7

(Televizor LCD Samsung, 81cm, Full HD 32D550) Reciver satelit

30

4

7

(Receptor satelit HD Alma S-2000) Masina de spalat

900x3=2700

2

2

(Samsung Eco Bubble

WF1602WQU) Uscator rufe (Bosch WTW86563BY) Computer (Sistem Desktop PC HP Pro 3405 AMD Dual-Core E23200) Frigider(Indesit BIAA34FXHD) Aer conditionat (Samsung Maldives AQV09PWCNCEE) Sistem audio (Sistem Home Cinema 3D cu Blu-ray Samsung HT-D6750W/EN) Bec(BEC ECONOMIC SPIRALAT 11W E27) Camera supraveghere (M12DDualNight de zi / noapte) Puterea totala :

1400x3=4200

2

2

(300 unitate+110 monitor+20 boxe)x3=1290 308x2=616 740x18=13320

2

7

10 5

7 7

70

3

5

11x40=440

5

7

3X10=30 24456 W

Cap.2. Transformarea energiei solare in energie electrica 2.1. Energia solara: date generale

Energia radiatiilor solare reprezinta sursa celor mai multor energii regenerabile de pe Pamant: energiile hidrosferei (energia termica a apei (prin incalzire directa sau indirecta), energia cinetica a apei( valuri, curenti marini), energia potentiala a apei raurilor), energia geotermala de temperatura joasa, biomasa, etc.. Utilizarea energiei solare dateaza din antichitate cand era folosita la:  incalzirea spatiilor de locuit;  la uscarea produselor pentru depozitare: Produse agricole (fructe, legume, etc.); o Produse din carne ( uscarea carnii de bizon de catre amerindieni - America o de nord, uscarea pestilor – Delta Dunarii, etc.). Pe langa aceste utilizari, sursele istorice amintesc utilizarea energiei solare si in alte scopuri decat cele casnice. In urma cu 2000 de ani, in anul 214 BC, inginerul grec Heron din Alexandria a construit un sistem pentru pomparea apei care folosea energia solara drept sursa de energie. Matematicianul grec Arhimede a aparat Orasul grec Syracuza incendiind navele inamice prin folosirea unor oglinzi care focalizau energia solara. Utilizarea energiei solare pentru apararea orasului Syracuza este cea mai veche atestare a utilizarii energiei solare prin concentrarea acesteia [Danescu si altii,. 1980]. Energia solara a devenit un subiect foarte popular din momentul in care omenirea a realizat ca energia constituie o componenta vitala a existentei sale in conditiile civilizatiei moderne in multe locuri de pe planeta noastra. Soarele ofera o alternativa viabila la solutionarea crizei de energie, care devine din ce in ce mai accentuata odata cu cresterea populatiei globului si ridicarea standardului sau de viata. Se estimeaza ca rezervele mondiale de gaze naturale vor fi epuizate in cativa zeci de ani, dupa care va urma epuizarea petrolului in alti cativa zeci de ani si a carbunelui in cca. 300 ani [Danescu si altii,. 1980]. 2.1.1. Avantaje si dezavantaje ale utilizarii energiei solare

In estimarea posibilitatilor de utilizare e energiei solare in aplicatiile terestre trebuie avute in vedere atat avantajele cat si dezavantajele energiei solare. Principalele avantaje sunt urmatoarele:  energia solara este inepuizabila;  este o forma de energie nepoluanta pe perioada exploatarii;  este disponibila practic pretutindeni; 

„combustibilul” solar este gratuit.

Dezavantajele utilizarii energiei solare sunt:

 

radiatia solara incidenta pe Pamant este variabila, depinzand de ciclul zi/noapte, ciclul anotimpurilor si conditiile meteorologice locale, unghiul radiatiilor solare; energia solara la suprafata Pamantului este dispersata, atingand la amiaz a, in cele mai bune conditii, cca 1kW/m2. [Danescu si altii,. 1980]

Variabilitatea radiatiei solare atrage dupa sine necesitatea prevederii in sistemele energetice solare a unor subsisteme de stocare a energiei in scopul asigurarii livrarii de energie in functie de cerere. Din pacate aceasta cerere este de multe ori defazata fata de disponibilitatea energiei solare. Faptul ca energia solara este dispersata conduce la necesitatea utilizarii unor suprafete mari de captare, care pot ridica uneori probleme legate de disponibilitatea acestui spatiu. Totusi suprafata necesara pentru a asigura nevoile energetice ale omenirii, folosind energia solara, reprezinta o mica portiune din suprafata necesara producerii hranei, iar suprafetele cele mai adecvate pentru captarea energiei solare sunt de multe ori suprafetele adecvate pentru alte scopuri ( de exemplu: acoperisurile cladirilor, deseurile, suprafetele intinse de apa, etc.) Deja in unele aplicatii – cum ar fi incalzirea apei, producerea de energie electrica prin conversie fotoelectrica (destinata unor mici consumatori izolati sau in tehnica spatiala), distilarea apei, obtinerea unor combustibili si produse chimice prin bioconversie, cuptoarele solare, pompele solare – instalatiile solare au devenit comercializabile in unele tari. In alte aplicatii ca: incalzirea si climatizarea locuintelor, refrigererea, uscarea, precum si producerea en ergiei electrice prin ciclu termodinamic, cercetarile si realizarile de instalatii solare se afla intr-un stadiu relativ avansat. [Danescu si altii,. 1980] 2.1.2.Soarele

Soarele este o stea de marime mijlocie, avand raza egala cu 695 000 km si un volum de 18 3 1.42 ∙ 10 km . Distanta medie dintre Soare si Pamant este luata ca unitate de masura in astronomie si are valoarea de 149 450 000 km; distanta maxima se atinge in 4 iulie ( la afeliu – 1.52·108 km) (Figura 2. 1). Aceasta distanta este parcursa de radiatia luminoasa in cca. 8 min., cu o viteza de 300 000 km/s [Danescu si altii,. 1980].

Figura 2. 1. Miscarea de revolutie a Pamantului [Danescu si altii,. 1980]

Studiindu-se deplasarea aparenta a petelor solare s-a ajuns la concluzia ca Soarele executa o miscare de rotatie in jurul axei sale avand perioada de rotatie de cca. 25 zile. O serie de fenomene ce au loc la suprafata Soarelui ( pete, facule, flocule, protuberante, filamente intunecate) variaza in intensitate cu o periodicitate de 11 ani, producand la nivelul Pamantului perturbatii ale magnetismului terestru, denumite furtuni magnetice. Aceste fenomene au insa o contributie energetica asupra Pamantului mult mai mica decat o are contributia termica si fotochimica a radiatiei luminoase care atinge Pamantul si provine de la Soare [Danescu si altii,. 1980].

Figura 2. 2. Structura Soarelui si fenomene ce au loc la suprafata soarelui ce influenteaza radiatia solara incidenta pe Pamant (nasa.gov)

In Figura 2. 2 se prezinta structura Soarelui. Se apreciaza ca 90 % din energia dezvoltata in Soare se degaja in regiunea centrala pana la o distanta de 0.23 R, care contine 40% din masa Soarelui. La o distanta de 0.7 R de la centru, temperatura scade de la 8 – 40 ∙106 K la 130000 K, iar densitatea scade de la 100 g/cm3 la 0,07g/cm2. De la aceasta distanta si pana la suprafata exterioara un rol important il joaca procesele convective de miscare a plasmei solare, din care motiv aceasta regiune se numeste zona convectiva. In aceasta zona, temperatura scade in continuare pana la cca. 5000 K, iar densitatea scade si ea foarte mult, ajungand la cca. 108 g/cm3 [Bostan si altii, 2007].

Stratul superior al zonei convective se numeste fotosfera, si reprezinta un amestec de gaze puternic ionizate capabile de a absorbi si emite un spectru continuu de radiatii. Din acest motiv fotosfera este practic opaca pentru radiatia care vine din interiorului Soarelui, ea fiind sursa principala a celor mai multe radiatii solare care se emit in spatiu [Bostan si altii, 2007]. Ultima zona este coroana solara constituita din atomi de calciu, fier si nichel, aflati intrun stadiu foarte inalt de ionizare (atomi fara 10 -16 electroni). Temperatura acestei zone este foarte ridicata cca. 106 K, iar densitatea este foarte scazuta. Coroana are o forma neregulata, variabila in timp [Bostan si altii, 2007]. Desi prezentarea de mai sus, privind structura fizica a Soarelui, cu principalele procese din el, cu gradientii de densitate si de temperatura din divesele straturi componente este simplista fata de complexitatea reala a proceselor, aceasta are totusi meritul ca scoate in evidenta faptul ca Soarele nu „functioneaza” ca un corp absolut negru aflat la o temperatura fixa. Dimpotriva,

radiatia solara este rezultatul proceselor din diversele straturi componente care emit si absorb radiatii de diverse lungimi de unda, in spectru continuu sau in linii. Totusi trebuie retinut ca pentru multe scopuri practice, dupa cum vom vedea mai departe (de exemplu, in aparatele si instalatiile solare bazate pe efectul termic al radiatiilor), se poate considera cu o buna aproximatie radiatia Soarelui echivalenta cu aceea a unui corp absolut negru aflat la o temperatura de cca. 5762 K. Pe de alta parte, in cazul aparatelor si instalatiilor solare la care principiul de functionare depinde de anumite lungimi de unda si de distributia spectrala (de exemplu, in procesele fotochimice si fotovoltaice) se simte nevoia, in proiectarea acestora, de unele cunostinte mai detaliate cu privire la spectrul solar [Danescu si altii,. 1980]. 2.1.3. Spectrul radiatiei solare

In studiul si realizarea instalatiilor energetice solare, unul dintre cei mai importanti paramertrii il constituie fluxul integral de energie radianta care vine neincetat de la Soare pe Pamant. De problema determinarii acestui parametru se ocupa o ramura specializata a tehnicii de masurare, actinometria (termenul provine de la cuvintele grecesti „actis” – raza si „metron” –

masura). Ea foloseste instrumente speciale, numite actinometre sau pirheliometre [Danescu si altii,. 1980]. Aceste instrumente se bazeaza in general, prin folosirea actiunii termice a razelor solare. De exemplu, cantitatea de energie soalara incidenta pe un centimetru patrat de pe Pamant se poate evalua dupa cresterea temperaturii apei dintr-un vas aflat sub incidenta razelor solare. Sunt necesare masuri de precatutie speciale, pentru ca intreaga cantitate de caldura obtinuta de la Soare sa fie luata in considerare, evitandu-se disiparea ei in aer [Danescu si altii,. 1980]. Cantitatea de energie care vine de la Soare, si cade in unitatea de timp pe o suprafata unitara, dispusa perpendicular pe razele solare, la distanta de o unitate astronomica (149 450 000 km) de la centrul Soarelui, se numeste constanta solara (E0). Masurari percise au condus la concluzia ca nici un fenomen de pe suprafata solara nu influenteaza mai mult de ±1.5% valoarea ei [Danescu si altii,. 1980; Bostan si altii, 2007]. Pana relativ recent determinarea valorii constantei solare se facea prin extrapolarea rezultatelor masuratorilor actinometrice efectuate la nivelul solului (pe munti inalti), luand in

considerare transmisivitatea atmosferei in diversele portiuni ale spectrului solar. Prin astfel de determinari C. G. Abbot a stabilit valoarea constantei solare la 1322 W/m2. Ulterior aceste rezultate au fost completate cu masuratori efectuate din rachete si s-a propus valoarea 1395 W/m2 (in 1954, Johnson). Mai recent, ca urmare a cercetarilor intreprinse cu ajutorul avioanelor de mare altitudine, a baloanelor si a navelor cosmice, a fost realizata masurarea directa a intensitatii solare in afara atmosferei terestre, si s-a propus o noua valoare standard pentru constanta solara ( in 1971 Thekaekara si Dummond E0 = 1353 W/m2 ) [Danescu si altii,. 1980]. Actuala valoare a constantei solare este egala cu valoarea adoptata de World Radiation Center, de 1367 W/m2. Pe langa energia totala a radiatiei solare ( adica constanta solara E0) pentru o serie de aparate si instalatii energetice solare este utila si cunoasterea distribuitiei acestei enegii pe diversele lungimi de unda. Evident, intre curba de distributie a energiei in spectrul razelor solare si constanta E0 exista o stransa corelatie [Danescu si altii,. 1980]: (2.1) ,unde Iλ reprezinta intensitatea de radiatie corespunzatoare lungimii de unda λ si se masoara nW/cm2 ∙ µm sau in W/m2 ∙ µm. In figura de mai jos este reprezentata curba de distributie a energiei in spectrul standard al radiatiei solare acceptata in prezent pe baza masuratorilor efectuate la mare altitudine si in spatiu extraterestru.

Lungimea de unda in μm Figura 2. 3. Spectrul radiatiei solare [Danescu si altii, 1980]

Se constata ca in spectrul vizibil se prezinta un maxim foarte pronuntat corespunzator lungimii de unda de 4 700 Å, adica in domeniul razelor albastre. De la acest maxim intensitatea de radiatie din spectrul vizibil scade brusc spre capatul violet si relativ lin spre capatul rosu. Distributia intensitatii de radiatie din spectru, functie de lungimea de unda sau de energia fotonilor, intereseaza ca alura in special in cercetarile si realizarile privind co nverisia directa a energiei radiante solare in energie electrica in celulele fotovoltaice, precum si in conversia fotochimica. In figura de mai jos este ilustrat fluxul integral de energie al radiatiei solare extraterestre, care depinde intr-o oarecare masura de distanta Pamant-Soare rezultand variatii de la o luna la alta. Aceasta variatie reprezinta cca. ±3% din valoarea constantei solare E0.

Figura 2. 4 Variatia intensitatii variatiei solare pe durata unui an de schimbat cu cea din curs [Danescu si altii, 1980]

In Figura 2. 5 este reprezentata variatia diurna a radiatiei solare globale pe suprafata orizontala, la Bucuresti.

Figura 2. 5 Variatia diurna a radiatiei solare globale pe suprafata orizontala, la Bucuresti [Danescu si altii, 1980]

Din fluxul integral de energie radianta care vine neincetat de la Soare spre Pamant, si care are valorarea constantei solare E0 ±3%, in afara atmosferei terestre, pe Pamant ajunge o cantitate E ce are o valoare mai mica ( in medie este de circa 0,8 – 0,9 kW/m2); aceasta marime nu mai este o constanta, ci depinde de factorii geofizici si meteorologici. Si anume, E depinde de urmatorii factori: latitudine, altitudine, sezon, zi, ora, cantitatea de praf si vapori de apa din atmosfera.

Figura 2. 6. Bilantul energetic al radiatiei solare la suprafata Pamantului [Bulai, 2012]

De exemplu, la nivelul marii, la tropice, la ora 12, densitatea de putere radianta E = 1,06kW/m2. In tabelul de mai jos se indica cateva date privind influenta unor factori asupra densitatii de putere radianta. Se constata o puternica influenta a umiditatii atmosferice asupra lui E. Astfel, pe timp noros E scade de la 1.06 la 0.1 kW/m2 , adica practic, devine de 10 ori mai mic. Tabelul 2. 1. Caracteristicile radiatiei solare in functie de momentul zilei si conditiile atmosferice [Danescu si altii, 1980]

Nr. ctr.

Pozitia si conditiile meteorologice

E [kW/m ]

Nr. de fotoni -2

[cm

1. 2. 3. 4. 5.

In afara atmosferei La nivelul marii, Soarele la zenit Nivelul marii, Soarele la 20o deasupra orizontului Nivelul marii, Soarele la 20o, aer umed Nivelul marii, noros

1,367 1,06 0,75 0,6 0,1

Ener foton

-1

∙s

]

5,8 ∙ 10 5 ∙ 10 3,9 ∙ 10 3∙ 10 0,5∙ 10

De asemenea, si ora are o anumita influenta prin unghiul sub care cad razele Soarelui pe Pamant. La unghiuri mai mici de 90o (fata de orizontala locului) razele Soarelui traverseaza o cantitate mai mare de aer atmosferic, astfel ca absorbtia si dispersia radiatiilor prin atmosfera este mai pronuntata ca la ora 12, cand grosimea stratului de aer strabatut este minima. Asa se

1,48 1,32 1,2 1,18 1,44

explica scaderea lui E de la 1,06 la 0,75 kW/m2 in situatia in care Soarele se afla la 20 o deasupra orizontului. 2.1.4.Influenta factorului meteorologic asupra radiatiei solare

Dintre factorii meteorologici, o influenta deosebita asupra radiatiei solare la sol o au: transparenta atmosferei, nebulozitatea, felul norilor, grosimea si pozitia acestora. Dintre acestia, influenta cea mai mare o are nebulozitatea si felul norilor, care diminueaza in unele zile cu pana la peste 90% cantitatea de radiatii ce ajunge la sol [Danescu si altii,. 1980; Bostan si altii, 2007]. Principalii factori meteorologici care influenteaza cele trei caracterisici ale radiatiei solare sunt:   

gradul de acoperire a cerului cu nori; felul norilor; grosimea stratului norilor.

Valorile maxime ale densitatii de putere radianta sunt mai mari primavara decat toamna, ca urmare a opacitatii mai scazute a atmosferei, datorita curatirii aerului atmosferic in perioada de iarna prin precipitatii. In zona orasului Timisoara, datorita unei opacitati sporite a atmosferei locale, se inregistreaza valorile cele mai mici ale densitatii puterii radiate directe. Norii si atmosfera preiau o parte din fluxul radiatiei solare si-l difuzeaza spre sol sub forma de radiatie difuza. Ca urmare, chiar in cazul cerului acoperit cu nori, Pamantul primeste totusi o parte din radiatia solara, densitatea de putere radianta putand ajunge in acest caz pana la 0,6 cal/cm2 min. Prin insumarea radiatiilor directa si difuza se obtine o radiatie globala. Din cauza influentei diferite pe care o au asupra celor doua componente ale radiatiei globale nebulozitatea si grosimea stratului de nori, valorile extreme ale fluxului radiatiei globale au o distributie anuala mult mai uniforma, in special valorile maxime [Danescu si altii,. 1980]. 2.1.5 Durata de stralucire a Soarelui

Durata de stralucire a Soarelui, numita si durata de insolatie, reprezinta factorul principal de caracterizare a gradului de insorire a unui punct sau zone de pe glob. Ea indica perioada de timp din zi, luna sau an cat Soarele a fost prezent pe cer. Se folosesc doua forme ale acestei marimi caracteristice: durata efectiva si durata relativa (sau fractia de insolatie). Durata efectiva de stralucire a Soarelui reprezinta numarul de ore in care Soarele a stralucit pe cer, exprimata in ore si zecimi de ora. Aceasta durata se obtine din inregistrarea unor perforatii obtinute prin arderea unei diagrame de hartie inegrita, divizata in ore si jumatati de ora, ardere care se produce prin concentrarea razelor solare de catre un glob de sticla sub forma unui fascicol foarte ingust. Durata relativa (fractia de insolatie) reprezinta raportul dintre durata efectiva si durata posibila, stabilita prin durata „zilei luminoase”, determinata de pozitia Pamantului fata de Soare, ca urmare a miscarilor sale de rotatie si revolutie. Se exprima sub forma de fractie zecimala sau procentuala [Utilizarea Energiei Solare – Alexandru Danescu].

Distributia valorilor duratei efective de insolatie pune in evidenta z onele cele mai insorite in timpul anului: Delta Dunarii (in care partea estica depaseste 2400 ore), Litoralul Marii Negre (cu peste 2300 ore), Campia Romana (cu peste 2200 ore). Regiunile de ses se deosebesc intre ele ca urmare a influentei circulatiei curentilor de aer, determinata si de relieful muntos invecinat [minind.ro; meteoromania.ro]. Valorile mai scazute ale duratei de insolatie in zonele montane si submontane se datoreaza nebulozitatii crescute, caracterizata printr-o frecventa mare a numarului de zile cu ceata si cer noros sau acoperit. Prin zi cu cer senin se denumeste acea zi in care Soarele este complet degajat de nori de la rasarit pana la asfintit. Nebulozitatea este singurul factor care stabileste numarul de zile senine intr-o perioada. In general numarul mediu al zilelor cu cer senin nu depaseste 50% din totalul zilelor lunii, cu exceptia statiilor din Delta Dunarii si de pe litoral care ajung uneori la peste 75% in luna august. La statiile de munte, numarul zilelor cu cer senin iarna si toamna il depaseste pe cel din primavara si vara [minind.ro; meteoromania.ro]. Dupa cum s-a vazut mai sus, gradul de opacitate al atmosferei influenteaza foarte mult valoarea densitatii puterii radiante solare. O absortie importanta a radiatiilor solare este exercitata in zona ecuatorilala de vaporii de apa, iar deasupra pustiurilor si a stepelor continentale – de pulberile solide din aer. Cele mai transparente mase de aer pentru radiatiile solare sunt cele continentale arctice sau antarctice, in regim anticiclonic. Dar in aceste zone Soarele are pozitii joase deasupra orizontului si ca urmare valoarea densitatii puterii radiante globale este mica [minind.ro; meteoromania.ro]. Pentru zonele sudice ale Romaniei, valorile medii ale densitatii puterii radiante solare au atins 1,28 cal/cm2 ·min, in cazul predominarii maselor de aer cu transparenta mare. Umezeala ridicata a aerului in timpul lunilor de vara si poluarea atmosferei determina o scadere sensibila a valorilor densitatilor puterii de radiatie solara [minind.ro; meteoromania.ro]. 2.2 Potentialul energetic solar in zona amplasamentului

Romania are un potential mare pentru valorificarea energiei solare datorita pozitiei geografice si a climei locale, ce au o influenta deosebita (Figura 2.7). Exista zone ca Litoralul Marii Negre si Dobrogea, dar si in zonele din sudul tarii, in care fluxul energetic solar anual este cuprins intre 1450 – 1600 kwh/mp/an, ceea ce nu inseamna ca in celelalte regiuni nu intalnim intensitate ridicata a radiatiei solare. In restul regiunilor tarii, soarele are un flux energetic mediu ce depaseste 1250 – 1350 kwh/mp/an [minind.ro; meteoromania.ro]. Distributia geografica a potentialului energetic solar din Romania arata faptul ca aproximativ 50% din teritoriu ofera un flux anual de radiatie solara medie ce variaza intre 1000 – 1500 kwh/mp. In privinta valorilor lunare, radiatia solara atinge valori maxime in luna iunie respectiv 1.49 kwh/mp/zi iar valori minime in luna februarie de 0.34 kwh/mp/zi [minind.ro;meteoromania.ro].

Potentialul energetic solar este dat de cantitatea medie de energie solara primita in plan orizontal, care este estimata la circa 1100 kwh/mp/an in Romania [minind.ro;meteoromania.ro].

Figura 2. 7. Harta intensitatii radiatiei solare in Europa si in Romania. (ecoplay.ro)

In Romania, in ultimii ani, s-a dezvoltat proiectele din domeniul energiei solare. Acest domeniu s-a dezvoltat pentru ca s-a inteles potentialul energetic solar si s-au sustinut si promovat financiar de catre stat. Au fost doua moduri de valorificare a acestui potential si anume: sub forma termica si electrica, respectiv potential solar-termal si potential solar-fotovoltaic. Sistemul solar-termal este realizat cu panouri solare plane sau cu panouri solare cu tuburi vidate, in special pentru zonele cu radiatie solara mai mica din Europa. In evaluarile de potential energetic au fost luate in considerare aplicatiile care privesc in calzirea apei, a incintelor/piscinelor (incalzire locuinte, apa calda menajera, etc). Sistemul solar – fotovoltaic, este sistemul care are scopul de a converti lumina solara in electricitate. Energia solara este curata, nu produce poluarea aerului, a solului, a apei si nici deseuri periculoase, nu este nevoie ca nici un fel de combustie lichida sau gazoasa sa fie transportata sau arsa. Si pentru ca sursa de energie, in acest caz radiatia solara, este gratuita si abundenta, sistemele solare pot oferi energie electrica sau termica .[minind.ro; me teoromania.ro]. Cu toate acestea, astazi, aceasta tehnologie se confruta cu diverse impedimente, in principal costurile construirii unui astfel de sistem, generarea de energie si transportul acesteia, precum si dificultati in obtinerea de finantare pentru dezvoltarea acestor tehnologii relativ noi. [ecoplay.ro]

Evolutiile tehnologice ale colectorilor solari, de la captatorul pana la cele mai moderne constructii existente la ora actuala, captatoare solare cu tuburi vidate, au avut ca scop cresterea capacitatii de absorbtie a radiatiei solare si reducerea intr-o propo rtie cat mai mare a diverselor tipuri de pierderi. Radiatia solara este neuniform distribuita pe intregul Pamant, pozitia geografica si conditiile climatice locale, avand o influenta deosebita pentru impactul radiatiei solare asupra suprafetei terestre. Cateva dintre datele statistice referitoare la radiatia solara, disponibile pentru Romania sunt prezentate in tabelele de mai jos [minind.ro; meteoromania.ro]

2

Valori extreme

Tabelul 2. 2 Valorile extreme ale densitatii puterii radiante directe E d [cal/cm ·min] pe o suprafata normala [meteoromania.ro] Lunile anului

Ianuarie

Februarie

Martie Aprilie Mai

Iunie Iulie

August August

Septembrie

Octombrie Noiembrie

M ax

1.27

1.36

1.44

1.45

1.41

1.58

1.41

1.42

1.42

1.41

1.31

M in

0.15

0.15

0.14

0.14

0.15

0.15

0.09

0.28

0.16

0.21

0.12

2

Tabelul 2. 3 Valorile extreme ale densitatii puterii radiatiei globale E g [cal/cm ·min] pe o suprafata orizontala [meteoromania.ro] Valori extreme

Lunile anului

Ianuarie

Februarie

Martie Aprilie Mai

Iunie Iulie

August August

Septembrie

Octombrie Noiembrie

M ax

0.88

1.01

1.40

1.54

1.56

1.61

1.59

1.51

1.38

1.23

0.87

M in

0.02

0.06

0.08

0.05

0.06

0.12

0.09

0.15

0.10

0.05

0.01

2

Tabelul 2. 4. Densitatea puterii radiatiei globale E g [cal/cm ·min], pentru cer senin (nebulozitatea 0 – 3), 3), pe o suprafata orizontala [meteoromania.ro] e anului e

Februarie

Martie

Aprilie

Mai

Iunie

Iulie

August

Septembrie

Octombrie

0.67 0.99 0.62 0.03

0.11 0.86 1.19 0.89 0.09

0.22 0.98 1.29 0.96 0.19

0.26 1.03 1.34 1.05 0.24

0.24 0.98 1.32 0.98 0.21

0.14 0.90 1.23 0.89 0.12

0.05 0.75 1.08 0.74 0.05

0.53 0.86 0.51

Noiembrie

960-1966)

0.43 0.76 0.41

0.32 0.61 0.28

2

Tabelul 2. 5. Densitatea puterii radiatiei globale E g [cal/cm ·min], pentru cer acoperit (nebulozitatea 8-10) pe o suprafata orizontala [meteoromania.ro] e anului e

Februarie

Martie

Aprilie

Mai

Iunie

Iulie

August

Septembrie

Octombrie

0.06 0.27 0.45 0.26 0.01

0.13 0.40 0.59 0.36 0.05

0.16 0.53 0.75 0.50 0.13

0.12 0.63 0.79 0.51 0.13

0.11 0.61 0.83 0.54 0.15

0.04 0.50 0.68 0.47 0.08

0.33 0.60 0.38 0.03

0.25 0.48 0.22

Noiembrie

960-1966)

0.17 0.33 0.18

2

Tabelul 2. 6. Densitatea zilnica a radiatiei globale Q [cal/cm ·zi] pe o suprafata orizontala [meteoromania.ro]

0.14 0.28 0.13

U.M. Lunile anului Ianuarie Februarie

Martie Aprilie Mai

Iunie

Iulie

August

Septembrie

Octombrie Noiembrie

Q s

195.5

332.5

465.0

585.0

685.0

724.0

704.2

617.0

480.0

368.0

247.0

Q a

62.0

103.4

148.4

168.2

185.9

218.0

242.7

222.6

187.8

113.7

62.7

Q

132.2

203.2

413.8

413.8

514.0

586.3

606.3

537.6

415.8

269.4

136.8

2

Tabelul 2. 7. Densitatea lunara a radiatiei globale Q [kcal/cm ·luna] pe o suprafata orizontala v [meteoromania.ro] Lunile anului

Ianuarie

Februarie

Martie Aprilie Mai

Iunie

Iulie

August

Septembrie

Octombrie Noiembrie

4.15

5.80

9.53

17.65

18.76

16.72

12.48

8.32

12.53

15.82

4.15

2

Tabelul 2. 8 Densitatea anotimpuala si anuala a radiatiei globale Q [kcal/cm ·anotimp]; 2 [kcal/cm ·an], pe o suprafata orizontala [meteoromania.ro]

Densitatea anotimpuala tatia onstanta

Iarna

Primavara

Vara

Toamna

Dec. – Febr. Febr.

Mart. – Mai Mai

Iunie - Aug.

Sept. – Nov. Nov.

13.05

37.09

51.62

24.95

Densitatea Anuala 128.21

2.3 2. 3 Ef ectul f oto otovo voll taic 2.3.1 Generalitati

Efectul fotovoltaic a fost descoperit in anul 1839 de d e fizicianul francez Alexandre Edmond Becquerel. In 1876 William G. Adams si Richard E. Day arata acest efect pe un cristal de seleniu. De abia in 1905 Albert Einstein reuseste, sa explice efectul foto, luand, in 1921 19 21 premiul Nobel pentru fizica. In jurul anului 1950 cercetatorii s-au reusit pentru prima oara obtinerea unei celule de siliciu cu un randament peste 4%. Pana in anii 1970 aceste celule erau utilizate in special in crearea enrgiei satelitilor, insa odata cu criza energetica a anilor ´70 s-a dezvoltat d ezvoltat puternic aceasta tehnica. Tarile care au ajutat in dezvoltarea si perfectionarea celulelor fotovoltaice sunt: SUA, Japonia si RFG [Cotfas, 2010].

Figura 2. 8. Primele panouri fotovoltaice fotovoltaice (alternativepureenergy.ro) (alternativepureenergy.ro)

In cea mai generala acceptiune, prin efect fotoelectric intern, se intelege generarea de purtatori mobili de sarcina intr-un semiconductor, sub influenta luminii. Neologismul Neologismul „fotovoltaic” (photovoltaic, engl.) este sinonim cu fotoelectric, dar restrange definitia efectului

fotoelectric intern la acea clasa de fenomene fotoelectrice in care energia luminoasa este convertita direct in energie electrica. Cu alte cuvinte, daca intr-un semiconductor sub actiunea luminii sunt generati purtatori mobili de sarcina, intre doua puncte ale sale poate sa apara o diferenta de potential in urma separarii purtatorilor. Separarea se poate face sub actiunea campurilor electrice interne, datorate neomogenitatii structurii (jonctiunea p-n este un b un exemplu), sau sub actiunea unui camp magnetic sau a unui gradient de temperatura. Functionarea celulelor solare se bazeaza in exclusivitate pe acele fenomene fotovoltaice in care campul electric intern ia nastere ca urmare a neomogenitatii n eomogenitatii semiconductorului. In cele ce urmeaza vor fi analizate numai fenomenele din aceasta ac easta categorie: efectul Dember, efectul fotovoltaic la jocntiunea p – n n sau la contactul metal, semiconductor. [Paulescu si altii, 2001]

Insa, inainte de astea, se impune inca o precizare legata de semantica sintagmelor care contin cuvantul fotovoltaic. Astfel, spre exemplu, prin tensiune fotovoltaica se va intelege tensiunea electromotoare care apare intre doua puncte ale unui semiconductor ca rezultat a unui efect fotovoltaic. De asemenea, celula solara sau celula fotovoltaica are acelasi inteles: un dispozitiv semiconductor a carui functionalitate se bazeaza pe unul din efectele fotovoltaice enumerate. [Paulescu si altii, 2001] 2.3.2 Efectul Dember

Consideram un semiconductor omogen, de forma paralelipipedica pe care cade fasciculul de lumina. (figura 2.8)

Figura 2. 9. Sectiune transversala intr-un semiconductor iluminat [Paulescu si altii, 2001]

In apropierea suprafetei iluminate, S1, vor fi generate perechi electron-gol sim ca urmare, concentratia purtatorilor de sarcina va creste in imediata vecinatate a acesteia. Astfel, va aparea un gradient de concentratie pe directia x, care va antrena difuzia purtatorilor spre fata neiluminata. Deoarece mobilitatea electronilor este mai mare decat a golurilor ( µn > µ p) electronii vor difuza mai rapid spre fata intunecata, incarcand-o negativ, iar zona adiacenta a suprafetei iluminate se va incarca pozitiv. Rezultatul este aparitia unui camp electric intern, , camp Dember, si corespunzator, a unei tensiuni electromotoare, VD, tensiune Dember, intre cele doua suprafete, iluminata si neiluminata. [Paulescu si altii, 2001] Campul electric Dember, orientat in sensul axei x in figura 2.8 se opune difuziei, dand nastere unor curenti de drift care, la echilibru, vor compensa curentii de difuzie. 2.3.3 Efectul fotovoltaic la jonctiunea p – n

Jonctiunea p – n este un semiconductor neomogen in care intr-o anumita zona, prin procedee tehnologice specifice, sunt concentrate impuritati donoare iar in alta zona invecinata impuritati acceptoare. Altfel spus, jonctiunea p – n se formeaza daca in acelasi cristal semiconductor exista o regiune de tip p si o regiune de tip n aflate in contact. In vecinatatea

interfetei cristalul are o comportare cu totul diferita de cea a semiconductoarelor n si p luate separat. Zona de trecere sau regiunea de sarcina spatiala confera proprietati remarcabile jonctiunii in ansamblu [Cotfas, 2010]. In procesul de fabricatie, in momentul contactului celor doua regiuni dopate diferit are loc difuzia purtatorilor de sarcina majoritari si in apropierea planului de separatie apare o zona de sarcina spatiala fixa. Sarcinile spatiale produc un camp electric orientat de la sarcina pozitiva spre cea negativa. Prin orientare, campul electric se opune difuziei purtatorilor de sarcina majoritari si antreneaza driftul purtatorilor minoritari. Existenta campului electric E implica o variatie a potentialului de-a lungul regiunii golite. La echilibru, curentii de difuzie si de drift sunt egali si toate marimile electice au distributii stationare [Cotfas, 2010]. 2.3.4 Efectul fotovoltaic in heterojonctiuni

Prin heterojonctiune se intelege jonctiunea care se formeaza la contactul dintre doua materiale semiconductoare diferite. Spre deosebire de jonctiunea p – n obisnuita, in cazul heterojonctiunii largimea benzii interzise si constantele dielectrice sunt diferite in cele doua regiuni. Intrucat structura cristalina a celor doua materiale este diferita, la suprafata de sep aratie, interfata, apar stari localizate care pot juca rol de centri de recombinare. Principiul de functionare poate fi urmarita considerand modelul benzilor de energie al unei heterojonctiuni p – n ipotetice, abrupte, ideale, model propus de Anderson in care se neglijeaza starile de interfata. [Paulescu si altii, 2001] 2.3.5 Efectul fotovoltaic la contactul metal-semiconductor

In corpul solid se afla o groapa de potential. Pentru ca acestia sa poata sa paraseasca corpul solid este necesar sa li se transmita energie din exterior. Aceasta poate fi comunicata prin mai multe metode, prin care si iluminarea. Lucrul de iesire, notat de obcei cu Φ, reprezinta energia necesara pentru a scoate in vid un electron situat la nivelul energetic Fermi intr-un solid. Energia necesara pentru a scoate in vid un electron situat la minimul benzii de conductie a unui semiconductor, se numeste afinitate. [Paulescu si altii, 2001] Daca un metal se aduce in contact cu un semiconductor, atunci, in mod obisnuit, are loc o redistribuire a sarcinilor si corespunzator, curbarea benzilor de energie in zona din apropierea contactului. Bariera energetica care ia nastere se numeste bariera Schottky. [Paulescu si altii, 2001] 2.4 Sisteme fotovoltaice 2.4.1 Tipuri de sisteme fotovoltaice

Pe langa generatorul fotovoltaic - celula, modulul, sau panoul fotovoltaic, pentru utilizarea eficienta a energiei electrice mai sunt necesare si alte componente. Spre exemplu, pentru a compensa dependenta generarii energiei electrice de nivelul radiatiei solare, in majoritatea este necesar un mijloc de stocare a energiei electrice, respectiv de un acumulator. Functionarea corecta a acestuia presupune existenta unui bloc de control a incarcarii. Adaptarea parametrilor electrici ai consumatorului la cei ai generatorului fotovoltaic necesita fie

un convertor cc-cc, fie unul cc-ca, fie ambele. In unele situatii generatorul fotovoltaic este dublat de resurse alternative (generator eolian sau diesel). Toate aceste compon ente functionand impreuna, se constituie intr-un sistem, numit sistem fotovoltaic. Sistemele fotovoltaice se impart in doua grupe mari: sisteme autonome ('stand-alone'), care alimenteaza consumatori neconectati la reteaua publica de c.a.;sisteme neautonome, sau conectate la reteaua publica de c.a ('grid - connected'). [et.upt.ro]

Figura 2. 10 Evolutia ponderii celor doua tipuri de sisteme fotovoltaice [et.upt.ro]

2.4.1.1. Sisteme fotovoltaice autonome (stand-alone)

Sistemele fotovoltaice autonome (stand-alone) sunt utilizate pentru locuinte izolate, situate la distante mari fata de reteaua nationala, greu accesibile, sau cu un consum prea mic pentru a fi conectate la reteua nationala. Aceste sisteme trebuie sa stocheze, folosind baterii, energia produsa de catre modulele fotovoltaice pentru a asigura energia necesara chiar si pe timpul noptii sau atunci cand nu este soare. Sistemele cu consum mic, pentru iluminare, pot fi realizate folosind curentul continuu de 12V. Sistemele cu consum mai mare sunt realizate cu curent continuu de 24/48V Pentru a obtine curent alternativ, similar celui din reteaua nationala, se foloseste un invertor, care transforma curentul continuu in curent alternativ de 220V sau 380V trifazat. Bateriile sunt protejate cu ajutorul regulatorului de incarcare. Acesta este inima sistemelor de tip stand-alone si controleaza incarcarea, prelungind durata de viata si eficienta sistemului. Pentru o dimenionare corecta a instalatiei este necesara cunoasterea nevoilor de consum zilnic (Watt sau Ah) ale locuintei. Sistemele fotovoltaice independente pot fi realizate in doua variante de topologii: magistrala de curent alternativ (AC Bus) sau magistrala de curent continuu (DC Bus). Sistemele

fotovoltaice de tip magistrala de curent continuu sunt utilizate pentru puteri nominale mici (pana la 1-2 kilowati) in timp ce sistemele de tip magistrala de curent alternativ nu sunt limitate in ceea ce priveste puterea maxima. [et.upt.ro]

Figura 2. 11. Sistem autonom simplu [et.upt.ro]

Principala diferenta dintre aceste sisteme consta in felul in care este transformata energia de curent continuu generata de panourile fotovoltaice in energie de curent alternativ necesara pentru alimentarea consumatorilor. Sistemele fotovoltaice de tip magistrala de cu rent alternativ sunt mai eficinte si un randament mult mai mare decat al sistemelor de tip magistrala de curent continuu pentru ca energia panourilor este transformata direct in energie de curent alternativ iar invertoarele de retea sunt prevazute cu algoritm de determinare si urmarire a punctului de putere maxima. [et.upt.ro]

Figura 2. 12. Sistem autonom pentru alimentarea unei cladiri [et.upt.ro]

Un sistem fotovoltaic de tip magistrala de curent alternativ se compune dintr-un generator fotovoltaic, unul sau mai multe invertoare de retea, unul sau mai multe invertoare de baterii, o baterie de acumulatori pentru stocarea energiei electrice si optional un grup electrogen ca sursa de rezerva. Invertoarele de retea pentru aceste sisteme transforma energia de current continuu generata de panourile fotovoltaice in energie de current alternativ si o injecteaza direct in reteaua electrica a locuintei. Surplusul de energie generat in timpul zilei este stocat in acumulatori pentru a asigura necesarul de energie pe timpul noptii cu ajutorul invertoarelor de baterii. [et.upt.ro] Invertoarele de baterii pentru sistemele fotovoltaice de tip magistrala de curent alternativ sunt bidirectionale si realizeaza, pe langa conversia en ergiei de curent continuu stocata in acumulatori in energie de curent alternativ ori de cate ori consumul este mai mare decat puterea generata de panourile fotovoltaice, si controlul tensiunii si al curentului de incarcare al bateriilor.

Un sistem fotovoltaic de tip magistrala de curent continuu are in compunere un generator fotovoltaic, unul sau mai multe controlere de incarcare baterii, unul sau mai multe invertoare de baterii, o baterie de acumulatori pentru stocarea energiei electrice, si optional un grup electrogen ca sursa de rezerva. In aceste sisteme, energia de curent continuu generata de panourile fotovoltaice este mai intai stabilizata in tensiune cu ajutorul controlerelor de incarcare si stocata in baterii de acumulatori. Invertoarele de baterii pentru sistemele fotovoltaice de tip magistrala de curent continuu nu sunt bidirectionale, ele asigura doar conversia energiei de curent continuu de la bornele acumulatorilor in energie de curent alternativ pentru alimentarea consumatorilor [et.upt.ro] 2.4.1.2 Sisteme fotovoltaice neautonome grid – connected

Sisteme fotovoltaice grid – connected sunt permanent conectate la reteaua nationala de distributie a energiei electrice. Cand sistemul fotovoltaic nu produce suficient pentru acop erirea necesarului de consum, diferenta se completeaza din retea. Atunci cand sistemul produce mai multa energie decat necesarul de consum, diferenta este introdusa in reteaua nationala.[et.upt.ro] Un sistem fotovoltaic pentru conectare la retea este compus din: module fotovoltaice, al caror numar si putere sunt determinate de consumul de energie pe care trebuie sa-l acopere si de datele georafice ale amplasamentului invertor, al carui rol este de a transforma curentul continuu produs de instalatia fotovoltaica in curent alternativ. Sistemul de montaj, in functie de locul unde se intaleaza sistemul Cabluri electrice. In general necesarul mediu de consum al unei familii este acoperit de un sistem fotovoltaic cu o putere de 2kW. Un astfel de sistem ocupa o suprafata de pana la 20 m2 si produce pana la 2500 kWh anual.

Figura 2. 13 Sistem fotovoltaic neautonom [altiusfotovoltaic.ro]

Sistemele fotovoltaice conectate la retea reprezinta cea mai la indemana si cea mai oportuna investitie a momentului in Romania, avand o rata de profitabilitate foarte mare si o

durata de amortizare de aproximativ 6 ani. Tara noastra ofera conditii favorabile. Aproximativ cele mai favorabile din Europa pentru aceste investitii, cadrul legal de promovare a producerii energiei din surse regenerabile fiind prevazute in Legea nr. 220/2008 completata prin OUG nr. 88/2011. Pentru energia electrica produsa in centrale fotoelectrice se acorda pentru fiecare MWh livrat in retea 6 vertificate verzi avand valoarea nominala de 40 Euro care se tranzactioneaza pe piata la o valoare medie de 52 Euro. Daca obiectivul (casa, imobil, unitate economica, etc) este deja conectat la retea ca loc de consum, cei interesati sa investeasca in sisteme fotovoltaice pot opta doar pentru reducerea consumului propriu sau pentru o solutie destinata exclusiv producerii de energie electrica. Din punct de vedere al avizelor si aprobarilor necesare pentru realizarea investitiilor in sisteme fotovoltaice pentru consum propriu procedura este mult mai simpla pentru cele destinate consumului propriu, dar acestea nu beneficiaza de schema de sprijin. Certificatele verzi se acorda numai pentru sisteme fotovoltaice a caror productie de energie electrica este injectata integral in retea si nu este utilizata pentru autoconsum. Racordarea la SEN pentru sisteme fotovoltaice destinate consumului propriu se face pe racordul existent, iar daca nu se solicita marirea puterii avizul tehnic de racordare se obtine in circa 1-2 luni de la demararea procedurii. Racordarea la SEN pentru sisteme fotovoltaice destinate exclusiv livrarii in retea a energieie electrice produse se face pe un cablu de record separat de racordul de consum. Masurarea energiei injectate in sistemul national se face cu un contor separat, iar investitorul vinde energia pe piata de energie electrica (OPCOM), ca orice alt producator obtinand pentru aceasta pretul pietei, iar pentru acoperirea integrala a costurilor de producere si obtinerea unui profit primeste pentru fiecare 1 MWh de energie electrica livrat in retea 6 certificate verzi care pot fi tranzactionate in limitele de pret legal stabilite.

Figura 2. 14. Sistem fotovoltaic neautonom conectat la reteaua publica [et.upt.ro] 2.4.2 Componentele sistemelor fotovoltaice

Componenta de baza a oricarui sistem fotovoltaic este panoul (modulul) fotovoltaic, fabricat prin interconectarea a mai multor celule fotovoltaice. Celula solara a fost utilizata pana nu demult ca sursa de energie doar in aplicatiile spatiale. In ultimii ani industria in domeniu a cunoscut o crestere deosebita datorita progreselor inregistrate in tehnologia semiconductorilor, materia de baza a celulei fotovoltaice fiind siliciul. Exista astazi diverse clasificari ale celulelor fotovoltaice. Astfel, clasificarea se poate face in functie de: Grosimea stratului materialului: celule cu strat gros si celule cu strat subtire; Tipul de material: materiale semiconductoare (Si, Ge, CdTe, GaAs, GaAlAs, GaInAsP, InAs, InSb, InP sau CuInSe), materiale organice sau utilizarea pigmentilor organici. Tipul jonctiunii: unica jonctiune, multijonctiune sau tandem; Evolutia tehnologiei de fabticatie: celule de prima generatie (Si, ), a doua generatie (celule cu strat subtire), a treia generatie (celule organice) [Cotfas, 2010] In urma procedeului de fabricatie si structura materiei prime celulele pot fi: Celule monocristaline (siliciul monocristalin). Celulele sunt fabricate prin taiere dintr-un  cristal de siliciu cilindric. Este cea mai eficienta tehnologie fotovoltaica, avantajul celulelor monocristaline fiind eficienta ridicata (in jur de 15%). Procesul de fabricatie fiind mai complex, este mai costisitor decat alte celule de siliciu; Celule policristaline se fabrica prin taiere de straturi subtiri din siliciu topit si  recristalizat. Procesul de fabricatie este mai putin costisitor, iar eficienta celulelor ajunge la aproximativ 12%. Celulele policristaline au o textura granulara; Celule de siliciu amorf, acestea se compun din atomi de siliciu care se regasesc intr-un  strat subtire si omogen dar cu o structura mai rara decat cea cristalina. Aceste celule absorb mai eficient lumina, deci ele pot fi mai subtiri si pot fi fixate pe diverse suprafete atat rigide, cat si flexibile. In general eficienta lor este in jur de 6%. Pentru a forma un sistem complet, acestea mai trebuie sa includa si alte echipamente, pentru ca energia generata sa poata fi utilizata in sisteme de utilizare clasice, in functie de nevoi. Aceste echipamente sunt: invertorul (transforma curentul continuu in curent alternativ) baterii de acumulatori, sisteme de conectare, etc. [Cotfas, 2010] 2.4.2.1 Structura sistemului fotovoltaic independent.

Un sistem autonom ( curent alternativ ) este compus in general din 10 sau mai multe panouri fotovoltaice, mai multe acumulatoare si unul sau mai multe inversoare. In cazul in care sunt conectati consumatori de putere mare si se necesita o functionare continuu (frigidere, congelatoare, sisteme de supraveghere etc. ), in asa caz conectarea mai multor inversoare este solutia cea mai optima.

Pentru a preveni supraincarcarea bateriei sau descarcarea completa a acesteia se foloseste un regulator (controler) de incarcare, montat intre generatorul fotovoltaic si acumulator. Regulatorul de incarcare contine, de obicei si o dioda de protectie la descarcare, care previne descarcarea bateriei pe timp de noapte prin generatorul fotovoltaic. Un regulator de incarcare bun consuma foarte putin si are o tensiune de mers in gol scazuta, ceea ce protejeaza acumulatorul sa nu se descarce. [Cotfas, 2010] Acumulatorul inmagazineaza energia produsa de generatorul fotovoltaic si o furnizeaza consumatorului in caz de vreme rea sau pe timpul noptii. Dispozitivele care se alimenteaza de la generatorul fotovoltaic folosesc pentru stocare cel mai des baterii nichel – cadmiu (NiCd) sau nichel – metal hidrid (NiMH). Totusi se folosesc si baterii cu plumb, baterii litiu – ion sau condensatori (numiti si condensatori dublu strat). In sistemele fotovoltaice care alimenteaza resedinte permanente, care au cicluri de incarcare/descarcare zilnice, se folosesc, de obicei, b aterii cu anozi tubulari („OpzS”). Acestea au

un numar mare de cicluri si prin urmare, durata de viata mai lunga. Adesea, se folosesc baterii normale de masina deoarece sunt mai usor de procurat si sunt mai ieftine. [Cotfas, 2010] Pentru adaptarea tensiunii de iesire a generatorului la tensiunea necesara consumatorului se foloseste un regulator de tensiune. Pentru dispozitivele alimentate de celule fotovoltaice, regulatorul este, de obicei, un convertor c.c./c.c. (curent continuu / curent continuu), care transforma un curent continuu de o anumita valoare in curent continuu cu alta valoare. [Cotfas, 2010]

Figura 2. 15. Sistem stand-alone [altiusfotovoltaic.ro]

Cap.3. Calculul necesarului de energie

3.1 Calculul necesarului de energie in curent alternativ Tensiunea permite curentului electric sa circule, asa cum presiunea impinge apa printr-o conducta. Curentul continuu circula de la polul pozitiv la cel negativ. Aceasta se intampla in cazul pilelor, al bateriilor sau al acumulatorilor, a caror tensiune poate fi de 1,5; 3; 4,5; 6 sau 9 Volti. Curentul alternativ se inverseaza (prin conventie) de 50 de ori pe secunda sau cu o frecventa de 50 de herti (in Europa continentala). In acest caz nu mai putem vorbi despre poli pozitivi si negativi, ci despre faza si nul. Curentul electric care este in fiecare locuinta, este in marea majoritate a cazurilor, curent alternativ de 220V si 50 Hz. Intensitatea curentului electric este similara debitului de apa care curge prin robinet. Ea se masoara prin amperi (A). Un bec de 100W este traversat de curent de 0,5 A, iar un fier de calcat de un curent de 5 sau 6 A. Puterea electrica este egala cu produsul dintre tensiune si intensitate, iar unitatea sa de masura este Watt-ul (W). Energia consumata de un aparat se masoara in kilowati-ora. Consumul este dat de produsul dintre puterea (exprimata in KW) si numarul de ore de functionare. Tabelul 3. 1. Calculul necesarului de energie electrica pe timpul verii

Nr.ctr.

Consumator

Nr. consumatori

1 Televizor color 2 Reciver Satelit 3 Masina de spalat 4 Uscator rufe 5 Computer 6 Frigider 7 Aer conditionat 8 Sistem audio 9 Bec 10 Camera supraveghere CONSUM TOTAL

16 1 3 3 3 2 18 1 40 10

Putere(w)

110 30 900 1400 430 208 740 70 11 3

Vara

Primavara-Toamna

Numarul de ore de functionare

Consumul


Consumul

4 4 2 2 2 10 5 3 5 24

7040 120 5400 8400 2560 6160 66600 210 2200 720 99774

4 4 2 4 3 8 2 3 7 24

7040 120 5400 16800 2560 3328 26640 210 3080 720 66262

Tabelul 3. 2. Calculul necesarului de energie electrica cand pensiunea nu este locuita

Nr.ctr.

Consumator

Nr.consum

Putere(w)

Iarna

1 2 3

Computer Reciver Satelit

Camera supraveghere CONSUM TOTAL


Consumul(W)

1 1

300 30

24 24

7200 720

10

3

24

72 7992

Cap.4. Calculul si alegerea componentelor sistemului fotovoltaic off-grid 4.1.Calculul si alegerea panourilor fotovoltaice 4.1.1. Alegerea modelului panoului fotovoltaic

Vom alege din urmatoarea lista panoul cel mai convenabil la calitate. Tabelul 4. 1. Tabel lista-oferte panouri fotovoltaice [ecovolt.ro]

Denumirea panoului fotovoltaic ET-M53690-90W

Imaginea

Caracteristici Putere: 90 W Tensiune: 12 V Greutate: 1.20 kg Dimensiuni: 34 x 176 x 401

ET-M53925-25W

Putere: 25 W Tensiune: 12 V Greutate: 1.20 kg Dimensiuni: 34 x 176 x 401

ET-M572175-175W


STB085S-12/Bb


STB090S-12/Bb


STB130S-12/T


STP045S-12/Rb


BS-190-5M6.1


BS-245-6M15


BS-250-6MB15


Din acest tabel vom folosi panourile fotovoltaice cu denumirea BS-250-6MB15 care are cea mai mare putere, adica 250W. 4.2.2. Calculul numarului de panouri

Energia care trebuie produsa de panouri se calculeaza cu formula 4.1. 4.1. Ep - Energia care trebuie produsa de panouri; Ec – Energia consumata de pensiune; K – pierderile prin cablu . Numaul de ore de stralucire a soarelui in Constanta este prezentat in Figura 4. 1. altele.

Figura 4. 1. Numar de ore de stralucire a soarelui in judetul Constanta [meteoromania.ro]

4.2.

In care: Pc – puterea critica; Gβ - valoarea medie a radiatiei solare se adopta valoarea 8; Numarul de panouri necesare se calculeaza cu urmatoare formula: 4.3.

Pentru alimentarea pensiunii cu energie electrica produsa din energie solara sunt necesare un numar de 63 de panouri fotovoltaice monocristaline de putere 250W. 4.2.Calculul si alegerea Invertorului 4.2.1. Calculul puterii invertorului

Alegerea invertorului se face in functie de consumul orar maxim al componentelor electrice si electronice ale statiei (Tabelul 4. 1). Tabelul 4. 2. Calculul consumului orar maxim

Nr.ctr.

Consumator

Nr.consum

Putere(w)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 TOTAL

Televizor color Reciver Satelit Masina de spalat Uscator rufe Computer Frigider Aer conditionat Sistem audio Bec Camera supraveghere

16 1 3 3 3 2 18 1 40 10

individuala

Totala

110 30 900 1400 430 208 740 70 11 3

1760 30 2700 4200 1290 416 13320 70 440 30 24256

4.2.2. Alegerea modelului de invertor

Invertoarele sunt dispozitive electronice care transforma curentul continuu in curent alternativ. Aceste dispozitive sunt utilizate in sistemele de energie alternativa pentru extragerea curentului din baterii si punerea lui la dispozitia echipamentelor de curent alternativ care sunt legate in instalatie [ecovolt.ro]  

Dupa forma de unda prezenta la iesirea din invertor, acestea se clasifica in: invertoare cu unda sinusoidala pura, invertoare cu unda sinusoidala modificata. Pentru pensiune vom folosi invertoare cu unda sinusoidala pura, cu puterea cea mai mare. Din tabelul de mai jos vom alege invertorul cel mai convenabil din oferta.

Tabelul 4.3 Oferta invertoare [ecovolt.ro]

Denumirea invertorului FR 2000-12iPS

Imaginea

Caracteristici Forma de unda - Sinus pur Putere invertor (W) - 2000 Tensiune invertor (V) - 12 Producator - FRARON Redresor incorporat - Nu Clasa de protectie - IP 40 Curent redresor (A) - Nu

Consum stand-by (W) - 12 Comunicatie - Fara Tip invertor - Off-grid Garantie (ani) - 2 Inaltime ( mm ) - 120 Latime ( mm ) - 285 Lungime ( mm ) - 450 FR 5000-12

Greutate ( KG ) - 7.0000 Forma de unda - Sinus modi (W) - 5000 Tensiune invertor (V) -12 Pr Redresor incorporat - Nu Clasa de protectie - IP 20 Curent redresor (A) - Nu Consum stand-by (W) - 7.2 Tip invertor - Off-grid Garantie (ani) - 2 Inaltime ( mm ) - 152 Latime ( mm ) - 169 Lungime ( mm ) - 500 Greutate ( KG ) - 10.7000

HIP HOP pro 2000-12

Forma de unda - Sinus pur Putere invertor (W) - 2000 Tensiune invertor (V)-12 Producator - RipEnergy Redresor incorporat - Nu Clasa de protectie - IP 40 Curent redresor (A) - Nu Consum stand-by (W) - 1.5 Tip invertor - Off-grid Garantie (ani) - 2 Inaltime ( mm ) - 102 Latime ( mm ) - 278 Lungime ( mm ) - 413

Sunny Island 2012

Greutate ( KG ) - 7.2000 Forma de unda - Sinus pur Putere invertor (W) - 2000 Tensiune invertor (V) - 12 Pr Redresor incorporat - DA Clasa de protectie - IP 40 Curent redresor (A) - 180 Consum stand-by (W) – 6 Co Tip invertor - Off-grid Garantie (ani) - 5 Inaltime ( mm ) - 445

Latime ( mm ) - 470 Lungime ( mm ) - 185 XTM 2000-12

Greutate ( KG ) - 19.0000 Forma de unda - Sinus pur Putere invertor (W) - 2000 Tensiune invertor (V) - 12 Pr Redresor incorporat - DA Clasa de protectie - IP 20 Curent redresor(A) - 0…100 stand-by (W) - 1.4 … 10 Co Tip invertor - Off-grid Garantie (ani) - 2 Inaltime ( mm ) - 133 Latime ( mm ) - 322 Lungime ( mm ) - 466

XTH 8000-48

Greutate ( KG ) - 18.5000 Forma de unda - Sinus pur Putere invertor (W) - 7000 Tensiune invertor (V) – 48 P Redresor incorporae - DA Clasa de protective - IP 20 Curent redresor(A)- 0 …140 stand-by (W)- 2 … 25 Com Tip invertor - Off-grid Garantie (ani) - 2

Inaltime ( mm ) - 497 Latime ( mm ) - 250 Lungime ( mm ) - 300 Outback Flexpower Two 6KVA/24V

Greutate ( KG ) - 46.0000 Forma de unda - Sinus pur Putere invertor (W) - 6000 Tensiune invertor (V) - 24 Pr Power Redresor incorporat Clasa de protectie - IP 40 Curent redresor (A) - 170 Consum stand-by (W) - 12 C Tip invertor - Off-grid Garantie (ani) - 5 Inaltime ( mm ) - 850 Latime ( mm ) - 320 Lungime ( mm ) - 500 Greutate ( KG ) - 44.5000

Pentru sistemul nostru fotovoltaic vom folosi 5 bucati de invertoare Outback Flexpower Two 6KVA/24V care au o putere de 6kW. Noul concept FLEXpower este un sistem care acomodeaza toate echipamentele esentiale de protectie in cel mai mic spatiu posibil la cel mai mic cost de instalare, facandu-l ideal pentru aplicatii cu cerintele de putere modeste, cum ar fi cabane, case, moteluri, site-uri cu sisteme de comunicatii si de statii back-up de putere. Utilizand un design extrem de compact si un suport extrem de simplu de instalat la montare, pre-cablat si testat din fabrica, FLEXpower este un sistem este proiectat pentru o instalare rapida, economisind timp si bani . FLEXpower ONE include un singur invertor , DC/AC cat si cutia de cabluri de curent continuu cu sigurante automate, un singur FLEXmax Charge Controller de 80A, dispozitivul MATE, Hub, FLEXnet

DC si Arestorii de protectie, mentinand in acelasi timp o amprenta la sol pentru sistem extrem de mici. FLEXpower este un sistem de asemenea echipat cu conexiunea la baterie de acumulatori cat si conexiunea pentru reteaua fotovoltaica, cu intrerupator GFDI. De asemenea dispune de intrare-iesire-Bypass, locatii de montare atat pentru AC- GFCI de tip B si e ste livrat pe toate pietele de desfacere din UE cu un comutator de tip F de curent alternativ. FLEXpower ONE dispune de componente cu toate certificarile necesare ETL pentru a permite o instalare conforma, economisind timp si bani. Outback Power FLEXpower un sistem este alegerea perfecta numai atunci cand ai nevoie de un complet integrat, cu unda sinusoidala pura si un sistemul de putere extrem de fiabil [ecovolt.ro] 4.3.Calculul si alegerea bateriilor de stocare 4.3.1. Alegerea tipului de baterie

Bateriile plumb-acid, de obicei se gasesc la masina. Acestea sunt baterii de pornire, care ofera un impuls de mare putere necesar pornii motorului. Exista, de asemenea, baterii cu ciclul profund de descarcare. Le putem gasi pe barci sau rulote, unde sunt utilizate pentru accesorii electrice, cum ar fi motoare de vinciuri sau lumini. Acestea ofera o putere mai mica dar stabila pentru un timp mult mai lung decat o baterie de pornire. Acumulatorii utilizati in sistemele cu energie alternativa trebuie sa apartina gamei deep-cycle (cu descarcare adanca) si trebuie sa suporte un numar de cicli de incarcare/descarcare totala (100%) in numar cat mai mare. Acesti acumulatori suporta in functie de gama si/sau producator , un numar intre 250 de cicli si 1600 de cicli la un grad DOD 100%. Trebuie remarcat ca unele modele pot ajunge la 5000 - 6000 de cicli daca rata de descarcare (DOD) este redusa la 30 - 40% [ecovolt.ro] 4.3.1.1. Bateri sigilate cu plumb Acumulatorii sunt echipamente ce transforma energia chimica in electricitate. Acumulatorii sunt un mod eficient de a face electricitatea portabila. In plus, acumulatorii furnizeaza energie in scopul de a inlocui energia electrica furnizata de reteaua electrica. Pe masura ce intregul glob devine dependent de electricitate, mobilitatea bateriilor joaca un rol si mai important in viata de zi cu zi. 4.3.1.2. Baterii sigilate cu gel

Acumulatorii de tip gel folosesc ca electrolit o substanta gelificata, prin care se reduce miscarea in interiorul carcasei. Acumulatorii cu gel nu curg in caz de spargere. Curentul tipic de incarcare este mai mic decat la acumulatorii AGM (tipic C/20), deoarece incarcarea prea rapida poate distruge electrolitul gelificat. Acest tip de acumulatori sunt capsulati si nu necesita intretinere. Caracteristicile bateriilor cu gel sunt:  Nu necesita intretinere;

 Imun

la riscul de scurgeri accidentale de acid lichid;  Potrivit pentru instalare in imediata apropiere a oamenilor si echipamente electronice. In plus, forma de gel electrolit ofera o protectie mai mare pentru baterie, de timpul de descarcare, de gestiune a face aceste baterii potrivit in special pentru aplicatii care necesita o multime de cicluri de 'profunde' descarcare de gestiune. In conditii de 'grele' de lucru in ceea ce priveste numarul de cicluri de incarcaredescarcare si adancime de descarcare de gestiune, daca supuse la incarcare corespunzatoare de viata utila a unei baterii gel este de aproximativ de 3 ori de o baterie de acid comun. Aplicatiile tipice sunt cele in care bateria este supusa:  Adancimea de descarcare de gestiune;  Numarul mare de cicluri de incarcare-descarcare;  Instalatii speciale in cazul in care nu ar trebui sa existe nici un risc de scurgeri accidentale; Pentru aplicatii in cazul in care nu se pot sau nu se doreste efectuarea intretinereii. Sectoarele in care sunt utilizate pe scara larga sunt:  Ambarcatiuni de agrement si profesionale;  Solar si de sine statatoare de energie eoliana;  Vehiculele si masini electrice;  Utilizari industriale; 4.3.2. Calculul numarului de baterii

Tabelul 4.4 Oferte baterii [ecovolt.ro]

Denumirea bateriei BP12-200

Imaginea

Caracteristici Capacitate: 200 Ah Tensiune: 12 V Greutate: 66.00 kg Dimensiuni: 224 x 240 x 522

Gel-Power 210

Capacitate: 210 Ah Tensiune: 12 V Greutate: 70.00 kg Dimensiuni: 242 x 291 x 518

S12/230 A


SB6/200 A


SB6/330 A


Solar-Power GUG 280


Dintre bateriile din tabelul de mai sus, din lista de oferte vom alege bateria cu denumirea SB6/330 A pentru ca aceasta are amperajul cel mai mare 33Ah. Pentru calculul numarului de baterii se va tine seama de un numar de o zi cu luminozitate foarte scazuta in care energie radiatiei luminoase este prea slaba. Tabelul 4. 7. Calculul puterii necesare pentru o zi

Nr.ctr.

Iarna Consumul

Nr.de zile nefunctionale 3

Primvara-Toamna Consumul Nr.de zile nefunctionale 66262 1,5

Vara Consumul

1 7992 TOTAL: 23976 99393 Calculul capacitatii acumulatoarelor se realizeaza cu relatia:

99774 99774

4.4. W=99774 W - puterii necesare pentru o zi de vara; k d= 0,6 - gradul de descarcare al acumulatorilor; U – 12 V – Tensiunea bateriilor. Numarul de baterii se calculeaza cu relatia 4.5. 4.5. In care: IB=330Ah Capacitatea unei baterii; NB - Numarul de baterii. Dupa calculele efectuate ne rezulta un numar de 42 de baterii. 4.4 Regulatoare (controlere de incarcare)

Procesul de incarcare al unei baterii de acumulatori, este un fenomen complex care de multe ori este tratat cu superficialitate si duce inevitabil la distrugerea acumulatorilor. Dispozitivele prezentate mai jos sunt echipamente profesionale destinate con trolului acestui proces. Incercati intodeauna sa optati pentru un regulator solar in tehnologie MPPT. In tabelul de mai jos avem cateva tipuri de controlere: Tabelul 4.8 Oferta regulatoare [ecovolt.ro]

Nr. de nefunct 1

Denumirea OutBack FLEXmax FM60

Imaginea

Caracteristici Afisaj - DISPLAY Curent regulator (A) - 60 Clasa de protectie - IP 40 Comunicatie - Ethernet Tensiune (V) - 12/ 24/ 48 Producator - Outback Powe Inaltime ( mm ) - 400 Latime ( mm ) - 140 Lungime ( mm ) - 100 Tehnologie - MPPT

OutBack FLEXmax FM80

Greutate ( KG ) - 5.3000 Afisaj - DISPLAY Curent regulator (A) - 80 Clasa de protectie - IP 40 Comunicatie - Ethernet Tensiune (V) - 12/ 24/ 48 Producator - Outback Power Inaltime ( mm ) - 400 Latime ( mm ) - 140 Lungime ( mm ) - 100 Tehnologie - MPPT Greutate ( KG ) - 5.3000

Power 2140

Afisaj - DISPLAY Curent regulator (A) - 116 Clasa de protectie - IP 65 Comunicatie - Ethernet Tensiune (V) - 12/ 24 Producator - STECA Inaltime ( mm ) - 190 Latime ( mm ) - 330 Lungime ( mm ) - 360 Tehnologie - PWM

SR740TL Tri Star 60

Greutate ( KG ) - 10.0000 Afisaj - DISPLAY Curent regulator (A) - 60 Clasa de protectie - IP 20 Comunicatie - Ethernet Tensiune (V) - 12/ 24/ 48 Producator - Morningstar Inaltime ( mm ) - 260 Latime ( mm ) - 127 Lungime ( mm ) - 71 Tehnologie - PWM Greutate ( KG ) - 1.6000

TS MPPT 60

Afisaj - LED Curent regulator (A) - 60 Clasa de protectie - IP 22 Comunicatie - RS232 Tensiune (V) - 12/ 24 Producator - Morningstar Inaltime ( mm ) - 130 Latime ( mm ) - 142 Lungime ( mm ) - 291 Tehnologie - MPPT

XANTREX C60

Greutate ( KG ) - 4.2000 Afisaj - Fara Curent regulator (A) - 60 Clasa de protectie - IP 22 Comunicatie - Fara Tensiune (V) - 12/ 24 Producator - Xantrex Inaltime ( mm ) - 203 Latime ( mm ) - 64 Lungime ( mm ) - 178 Tehnologie - PWM Greutate ( KG ) - 1.2000

Xantrex-XW-MPPT80-600

Afisaj - Fara Curent regulator (A) - 80 Clasa de protectie - IP 22 Comunicatie - Ethernet Tensiune (V) - 24/48 Producator - Xantrex Inaltime ( mm ) - 368 Latime ( mm ) - 146 Lungime ( mm ) - 138 Tehnologie - MPPT

XW-MPPT Solar Charge Controller

Greutate ( KG ) - 13.5000 Afisaj - DISPLAY Curent regulator (A) - 60 Clasa de protectie - IP 22 Comunicatie - Ethernet Tensiune (V) - 12/ 24/ 48 Producator - Xantrex Inaltime ( mm ) - 368 Latime ( mm ) - 146 Lungime ( mm ) - 138 Tehnologie - MPPT Greutate ( KG ) - 4.8000

Pentru sistemul nostru fotovoltaic vom folosi la fiecare invertor cate un regulator de tipul OutBack FLEXmax FM80 avand curent de 80 A.

Facilitati Seria MPPT este oferita in 2 modele FLEXMAX- 60 si FLEXMAX-80 care opereaza in curent continuu cu valori de 60 A si 80 A creste puterea obtinuta din aria de panouri fotovoltaice cu peste 30% cu ajutorul MPPT incorporat. Incarcare in 3 trepte ( incarcare in plin , absortie, incarcare de mentinere ) si egalizare de baterie. Protectie automata la supraincarcare in mod pasiv si active. 4.4 Sistemul fotovoltaic complet

Din calculele anterioare, ne rezulta urmatorul sistem fotovoltaic pentru pensiune: Tabelul 4.9 Sistemul fotovoltaic complet pentru pensiune

Numarul de bucati 63

Denumirea BS-250-6MB15

Imaginea

Caracteristici Putere: 250 W Tensiune: 24 V Greutate: 19.50 kg Dimensiuni: 40 x 991 x 1650 m

5

XTH 8000-48

Forma de unda - Sinus pur Putere invertor (W) - 7000 Tensiune invertor (V) – 48 Producator - STECA Redresor incorporat - DA Clasa de protectie - IP 20 Curent redresor(A)- 0 …140 regl by (W)- 2 … 25 Comunicatie Tip invertor - Off-grid Garantie (ani) - 2 ani Inaltime ( mm ) - 497 Latime ( mm ) - 250

Lungime ( mm ) - 300 42

SB6/330 A

Greutate ( KG ) - 46.0000 Capacitate: 330 Ah Tensiune: 12 V Greutate: 48.00 kg Dimensiuni: 359 x 182 x 312 m

5

OutBack FLEXmax FM80

Afisaj - DISPLAY Curent regulator (A) - 80 Clasa de protectie - IP 40 Comunicatie - Ethernet Tensiune (V) - 12/ 24/ 48 Producator - Outback Power Inaltime ( mm ) - 400 Latime ( mm ) - 140 Lungime ( mm ) - 100 Tehnologie - MPPT Greutate ( KG ) - 5.3000

Cap 5.Alegerea amplasamentului sistemului fotovoltaic

Metoda aleasa pentru montarea panourilor fotovoltaice se face pe acoperisul pensiunii. Este preferabil sa se monteze panourile pe partea sudica pentru o eficienta cat mai mare. In figura de mai jos se arata un exemplu de amplasare a panourilor.

Figura 5. 1. Panouri fotovoltaice pe imobil.

Modulele fotovoltaice pot fi montate pe aproape orice suprafata a unei cladiri care are contact cu soarele in cea mai mare parte a zilei. Acoperisurile sunt in mod obisnuit locatia cea mai buna a sistemelor fotovoltaice pe case, dar modulele fotovoltaice pot fi montate si pe fatade, parasolare, etc.

Figura 5. 2. Montaj panou fotovoltaic pe acoperisul unui imobil [ecovolt.ro]

Echipamentele urmatoare: invertoare, baterii si regulatoare se vor monta in interiorul pensiunii intr-o camera special aleasa fara umezeala. In imaginile ce urmeaza vom arata montarea echipamentelor in camera:

Figura 5. 3. Invertor + baterii [ecovolt.ro]

Figura 5. 4. Bateriile [ecovolt.ro]

Figura 5. 5. Invertorul si regulatorul [ecovolt.ro]

Aceste sisteme fotovoltaice sunt fiabile din punctul de vedere ale intretinerii. Nu necesita o intretinere foarte laborioasa. Tot ce inseamna intretinere se rezuma la pastrarea curata si clara a panourilor solare.

Cap 6. Oportunitati de finantare 6.1 Aspecte generale privind finantarea

Persoanele interesate sa isi castige independenta fata de sursele conventionale de producere a energiei, sa diminueze amprenta ecologica asupra planetei si sa creasca valoarea locuintei lor pot opta pentru instalarea de panouri solare. Mai mult decat atat, ei pot beneficia chiar si de o subventie a panourilor solare care poate acoperi pana la 90% din costul achizitionarii acestora [.anre.ro; afm.ro]. Se estimeaza ca radiatia solara care atinge pamantul intr-o ora poate genera suficienta energie incat sa acopere nevoile intregii populatii pentru un an de zile, dar din pacate tehnologia utilizata pentru captarea si transformarea acestei radiatii in energie este inca in curs de perfectionare. Acest fapt duce la mentinerea unor costuri destul de ridicate aferente achizitionarii si montarii panourilor solare. O subventie a panourilor solare reprezinta cea mai buna solutie pentru utilizarea acestor dispozitive la scara larga, dar din pacate, prea putini oameni sunt constienti de acest lucru [.anre.ro; afm.ro]. O subventie a panourilor solare reprezinta cel mai bun demers facut de autoritati pentru a incuraja populatia sa aleaga o sursa alternativa de energie. Incurajarea exploatarii “energiei verzi” vine pe fondul amenintarii crizei energetice si al gradului alarmant de poluare la care a

ajuns planeta in prezent. Prin urmare, autoritatile au hotarat sa ofere acces la o subventie a panourilor solare atat personelor fizice, cat si celor juridice. Ac est ajutor financiar pentru achizitionarea si instalarea de panouri solare este oferit de Administratia Fondului pentru Mediu care pune totodata la dispozitia persoanelor interesate toate informatiile necesare pentru obtinerea finantarii. Pe langa un ghid foarte bine structurat, acestia pot beneficia si de o lista cu firmele autorizate sa furnizeze panouri solare, precum si de consultanta de care au nevoie pentru a opta pentru sistemul adecvat nevoilor si cerintelor lor [.anre.ro; afm.ro]. De retinut este faptul ca pentru a obtine o subventie a panourilor solare trebuie indeplinit un set minim de cerinte, iar documentatia aferenta cererii de finantare este destul de sumara. In momentul in care consumatorul alege furnizorul si un anumit sistem de panouri, se pot demara procedurile pentru obtinerea finantarii. Criteriile de eligibilitate sunt relativ simple si prin urmare etapele procesului se pot derula cu repeziciune deoarece documentele necesare se pot depune in aproximativ doua zile la agentiile judetene pentru Protectia Mediului. Persoanele eligibile pentru a beneficia de o subventie a panourilor solare sunt anuntate intr-un timp foarte scurt, iar banii sunt virati direct in contul companiei care se ocupa de comercializarea si instalarea sistemului. Toate aceste masuri sunt luate pentru a permite unui numar cat mai mare de cetateni sa beneficieze de toate avantajele oferite de utilizarea panourilor solare [.anre.ro; afm.ro]. Un aspect care trebuie retinut este faptul ca inainte de a solicita o subventie a panourilor solare consumatorul trebuie sa stabileasca exact ce tip de sistem doreste sa instaleze. Exista doua categorii de sisteme: panouri solare termice si fotovoltaice, fiecare beneficiind de o subventie a panourilor solare diferita si nu toti cosumatorii sunt eligibili pentru ambele tipuri de finantari. Mai mult decat atat, preturile panourilor fotovoltaice sunt semnificativ mai mari si prin urmare, consumatorul va trebui sa investeasca o suma considerabila pentru instalarea unui astfel de

sistem. Totusi, avand in veder e beneficiile oferite de exploatarea “energiei verzi”, fiecare consumator ar trebui sa depuna eforturile necesare pentru a obtine o subventie panouri solare [.anre.ro; afm.ro]. Promovarea energiilor regenerabile este unul dintre obiectivele principale a le politicii energetice europene. Astfel cum s-a indicat anterior, obiectivul este dublarea proportiei de energie regenerabila din consumul energetic total pana in 2010, in vederea atingerii procentului de 15 %, si cresterea proportiei de surse regenerabile de energie pentru piata interna a electricitatii pana la 22,1 % din productia totala (Directiva 2001/77/CE). Decizia 1230/2003/CE „Energie inteligenta pentru Europa” contine masu ri de promovare a utilizarii surselor

regenerabile de energie si de crestere a eficientei energetice. Exista subprograme de sustinere a proiectelor de dezvoltare durabila si a proiectelor de consolidare a cooperarii intre UE si tarile in curs de dezvoltare privind sursele regenerabile de energie. Bugetul programului-cadru pentru perioada 2003-2006 ajunge la 200 milioane EUR, desi atat Comisia, cat si PE au sustinut acordarea unor fonduri mai mari. [europa.eu] Directiva 2002/91/CE privind performanta energetica a cladirilor (in special iz olatia, climatizarea si utilizarea surselor regenerabile de energie) a fost adoptata in 2002 (punerea sa in aplicare fiind prevazuta pentru 2006). Aceasta abordeaza, in special, o metoda de valorificare a performantei energetice a cladirilor, normele minime aplicabile cladirilor mari si sistemele de certificare energetica. [europa.eu] Prin propunerea de directiva din iulie 2002 [COM(2002) 415], Comisia dorea sa determine accelerarea dezvoltarii si utilizarii cogenerarii sau a productiei co mbinate de caldura si electricitate (CCE). Productia de electricitate si caldura in cadrul unui p roces integrat unic permite realizarea economiilor de energie primara si constituie astfel un nou instrument de realizare a obiectivelor politicii energetice europene. Aceasta propun ere a generat discutii controversate atat in Consiliu, cat si in PE si vizeaza, in special, stabilirea unei definitii omogene a electricitatii produse in centralele CCE. Directiva a fost adoptata prin codecizie in februarie 2004 (2004/8/CE). [europa.eu] In mai 2003 a fost adoptata Directiva 2003/30/CE de promovare a utilizarii biocombustibililor si a altor combustibili regenerabili pentru transport. Directiva vizeaza promovarea utilizarii biocombustibililor si a altor combustibili regenerabili in vederea inlocuirii motorinei sau a petrolului pentru transporturi in fiecare stat membru, spre a contribui la realizarea obiectivelor precum acordurile privind schimbarile climatice, securitatea aprovizionarii ecologice si promovarea surselor regenerabile de energie. Directiva solicita statelor membre sa asigure comercializarea unei proportii minime de biocombustibili si alti combustibili regenerabili si, in acest scop, sa stabileasca obiective indicative nationale. Valorile de referinta pentru obiectivele prevazute prin directiva sunt urmatoarele: 2 % pana la 31 decembrie 2005 si 5,75 % pana la 31 decembrie 2010, valorile fiind calculate pe baza continutului energetic de petrol si motorina comercializat pentru transport. [europa.eu] La 5 aprilie 2006 a fost adoptata Directiva 2006/32/CE (de abrogare a Directivei 93/76/CEE a Consiliului) privind eficienta energetica la utilizatorii finali si serviciile energetice.

Aceasta viza consolidarea eficientei energetice in UE si promovarea pietei serviciilor energetice (precum iluminatul, incalzirea, apa calda si ventilatia etc.). In mai 2004, Comisia a adoptat o comunicare catre Consiliu si Parlament care propunea o evaluare a efectelor contributiei surselor regenerabile de energie in UE si a prezentat propuneri privind actiuni concrete [COM(2004) 366]. [europa.eu] In consecinta, in rezolutia sa privind proportia energiilor regenerabile in UE si propunerile de actiuni concrete (2004/2153(INI)), Parlamentul European a recunoscut importanta unica a energiilor regenerabile si a subliniat necesitatea stabilirii unor obiective obligatorii pentru 2020, astfel incat sa se adreseze un semnal clar tuturor actorilor pietei, precum si responsabililor politici nationali, subliniind faptul ca energiile regenerabile sunt energiile viitorului in UE si ca acestea se inscriu in strategia sa de mediu si industriala. Ulterior, la 7 decembrie 2005, Comisia a publicat o comunicare intitulata „Planul de actiune in domeniul biomasei” [COM(2005) 628], care stabilea masurile destinate consolidarii dezvoltarii energiei de biomasa obtinuta din lemn, deseuri si culturi agricole, prin crearea unor masuri de stimulare bazate pe piata si prin eliminarea obstacolelor in calea dezvoltarii pietei. C omunicarea Comisiei intitulata „O strategie UE in favoarea biocombustibililor”, [COM(2006) 34], din 8 februarie 2006, viza promovarea

biocombustibililor si pregatirea terenului pentru utilizarea acestora la scara larga si analiza oportunitatilor pentru tarile in curs de dezvoltare. [europa.eu] Cartea verde intitulata „O strategie europeana pentru o energie durabila, competitiva si sigura” acorda o atentie deosebita energiilor regenerabile, al caror potential nu va fi realizat pe

deplin decat printr-un angajament pe termen lung privind dezvoltarea si instalarea surselor regenerabile de energie. De asemenea, Comisia intentioneaza sa elaboreze o Foaie de parcurs pentru sursele regenerabile de energie.

Cap 7. Impactul asupra mediului

7.1 Generaliati

Electricitatea generata din surse regenerabile devine din ce in mai disponibila. Prin alegerea unor astfel de surse de energie regenerabila consumatorii pot sustine dezvoltarea unor energii curate care vor reduce impactul asupra mediului asociat generarii energiei conventionale si vor creste independenta energetica, de ex stalpii de iluminat cu panouri solare fotovoltaice. Mai mult, cand aceste tehnologii pot sa vina in ajutorul consumatorului prin reducerea facturilor pentru diferite utilitati (apa, incalzire) si printr-un timp de amortizare scurt in cazul sistemelor de incalzire a apei menajere, adoptarea unui astfel de sistem devine o investitie extrem de rentabila in cazul consumatorilor casnici, a hotelurilor, spitalelor etc. Energia fotovoltaica si eoliana reprezinta o solutie viabila pentru locatiile care nu beneficiaza in prezent de racordare la reteaua nationala de electricitate. In viitor, printr-o legislatie corespunzatoare aceste sisteme pot deveni rentabile si pentru con sumatorii conectati la reteaua nationala prin eliminarea necesitatii folosirii unor acumulatori si livrarii energiei direct in reteaua nationala. Sursele regenerabile detin un potential energetic important si ofera disponibilitati nelimitate de utilizare pe plan local si national. Valorificarea surselor regenerabile de energie se realizeaza pe baza a trei premise importante conferite de acestea si anume: accesibilitate, disponibilitate si acceptabilitate. Parcuri fotovoltaice cu stalpi de iluminat cu panouri fotovoltaice si pompele de caldura sunt solutii eficiente de viitor. 7.2 Impactul asupra mediului la montare

La monatrea acestui sistem fotovoltaic, daca se curata de deseuri ( foliile de protectie care sunt desprinse de pe panouri, plasticele cablurilor dupa izolarea lor, etc.), nu polueaza cu nimic mediul inconjurator. Din contra, pentru ca este o energie regenerabila si soarele este pur adica nu contine deseuri toxice, nu emite nimic poluant, este de recomandat o astfel de structura. Singura poluare a mediului este transportarea acestora spre locul unde trebuie montate. 7.3 Impactul asupra mediului in timpul functionarii

In timpul functionarii sistemului, mediul nu este afectat cu absolut nici o p oluare, din cauza ca bateriile sunt cu gel, ele nu contin Pb, deci, nu afecteaza cu nimic. Dupa 10 ani, e recomandata schimbarea acestor baterii, cu unele noi, pentru ca nu mai sunt eficiente in ciclul incarcat-descarcat. Ele trebuie duse la un colector de baterii, este interzisa aruncarea lor la deseurile menajere. 7.4 Impactul asupra mediului dupa demontare

Dupa demontarea acestui sistem, mediul inconjurator ramane intact, la fel cum a fost si inaintea montarii acestui sistem. La demontare, trebuie chemati specialisti care se ocup a in domeniul energiei. Unele componente din acest sistem pot fi reciclati.

Bibliografie

Balan M., Energii regenerabile, Editura UT PRES, Cluj Napoca, 2007, limba romana, disponibila online : http://www.termo.utcluj.ro/regenerabile/ (accesat 12 iunie 2012). Bostan I., Dulgheru V., Sobor I., Bostan I., Sisteme de conversie a energiilor regenerabile, eoliana, solara, hidraulica, Chisinau, Tehnica-Info,2007. Bulai P., Surse alternative de energie si mediu, Notiuni de curs, Suceava, 2012. Danescu A., Bucurenciu S, Petrescu, S, Utilizarea energiei solare, Bucuresti, Editura Tehnica, 1980. Cotfas Daniel Tudor, Celule fotovoltaice, Editura Universitatii Transilvania din Brasov, 2010 Tomas Markvart, Solar Electricity Second edition, Jhon Wiley & Sons, LDT, 2000 (limba engleza) Paulescu M., Schlett Z., Conversia fotovoltaica a energiei solare, Editura Mirton, Timisoara, 2011 Sapanulescu Ion, Celule solare, Editura stiintifica si enciclopedica, Bucuresti, 1983 Twidell J., Weir T., Renewable Energy Resources Second edition, 2006, Taylor & Francis, USA,(limba engleza). Negreanu Mircea, Baluta, Ghe., De la efectul fotovoltaic la celula solara, Editura Albatros, Bucuresti, 1981. **** http://maps.google.com/ - site pentru creare harti. - Accesat ultima data pe 15 iunie

2012 **** http://www.ecosolaris.ro – Energie solara si eoliana - Accesat ultima data pe 15 iunie 2012 ****www.ecovolt.ro – Magazin accesorii energie solara. - Accesat ultima data pe 15 iunie 2012 **** http://www.nasa.gov - Accesat ultima data pe 15 iunie 2012 **** http://maps.google.com/ - site pentru creare harti. - Accesat ultima data pe 18 iunie

2012

Proiectarea Unui Sistem de Alimentare Cu Energie Electrica Produsa Din Energie Solara Pentru o Pensiune Turistica Din Zona Dobrogei

Recommend Documents