1.1. ENERGIA SOLARĂ FOTOVOLTAICĂ (PV)

1.1.1 Soarele ca Sursă de Energie

Soarele este izvorul central de energie pentru Terra, esențial pentru existența vieții. Toate ființele vii se bazează pe energia solară pentru a supraviețui.

Energia solară influențează procese vitale precum fotosinteza în plante și este, de asemenea, sursa originară pentru combustibili fosili cum sunt petrolul sau cărbunele, precum și pentru energia eoliană și hidroenergia. Într-o formă directă, energia solară este captată și transformată în electricitate prin panouri fotovoltaice.

1.1.2 Principiile Fotovoltaice

Sistemele fotovoltaice (PV) sunt alcătuite din celule care convertesc lumina solară în energie electrică. Fiecare celulă conține straturi de material semiconductor, care, atunci când sunt expuse la lumină, generează un câmp electric și produc curent.

Intensitatea luminii influențează puterea electrică produsă, dar chiar și în zile mai puțin însorite sau în condiții de cer înnorat, celulele PV sunt capabile să genereze electricitate eficient din lumina ambientală.Aceasta imagine arată cum panoul solar cu celule fotovoltaice transformă lumina soarelui în electricitate.

Exemplu de efect fotovoltaic

1.1.3 Iradianță solară (radiație)

Iradianța solară, cunoscută și sub denumirea de radiație solară, reprezintă cantitatea de energie solară primită per unitate de suprafață și este un parametru cheie pentru oricine studiază sau instalează sisteme fotovoltaice solare. Aceste date ne ajută să înțelegem cât de multă energie solară este disponibilă într-un anumit loc și moment, permițând instalatorilor să proiecteze sisteme optimizate pentru eficiență energetică.

În Statele Unite, baza de date National Solar Radiation Database a adunat informații valoroase timp de 30 de ani, care reflectă iradianța solară și condițiile meteorologice din 237 de locații diferite. Acest depozit de date este esențial pentru a evalua potențialul solar al unei regiuni și pentru a planifica în mod adecvat instalațiile fotovoltaice.

Similar, Centrul European Reunit de Cercetare (EJRC) colectează și publică date privind iradianța solară pentru 566 de locații din Europa, oferind o imagine de ansamblu asupra resurselor solare disponibile pe continent. Cunoașterea acestor informații este vitală pentru instalatorii de sisteme fotovoltaice solare, deoarece permite o înțelegere mai profundă a modului în care variațiile de vreme și locație influențează capacitatea de generare a energiei solare.

În studiul și aplicarea energiei solare, este crucial să distingem între diferitele forme de radiație solară, deoarece acestea afectează designul și eficiența sistemelor fotovoltaice. Iată cele cinci tipuri principale de iradianță solară, conform 3TIER (2011):

  1. Iradianța Directă Normală (DNI): Acest tip de radiație este măsurată pe o suprafață care este orientată direct către soare, adică perpendiculară pe razele solare. Este radiația pe care o primim direct de la soare fără ca aceasta să fie afectată de atmosferă. DNI este un factor important pentru sistemele solare cu urmărire solară, care se rotesc pentru a urmări soarele și a capta maximul posibil de energie directă.
  2. Iradianța Difuză (DIF): Aceasta reprezintă energia solară împrăștiată în atmosferă și apoi primită pe pământ de la diferite direcții, nu direct de la soare. Este ca o lumină difuză într-o zi înnorată când norii răspândesc lumina soarelui. Panourile solare fixe, care nu urmăresc soarele, beneficiază de acest tip de radiație.
  3. Iradianța Albedo: Radiația Albedo este acea parte a radiației solare care este reflectată de pământ sau de alte suprafețe și apoi captată de panouri. De exemplu, zăpada are o rată de albedo ridicată, ceea ce înseamnă că reflectă o mare parte din radiația solară, care poate fi apoi folosită de panourile fotovoltaice instalate în apropiere.

IMAGINE EXEMPLIFICATIVĂ: TIPURI DE IRADIANȚĂ SOLARĂ

Pe lângă acestea, există și alte două tipuri de iradianță care sunt la fel de importante:

    1. Iradianța Globală Orizontală (GHI): Este suma dintre DNI, DIF, și radiația reflectată de suprafața pământului, măsurată pe o suprafață orizontală. GHI este relevantă pentru majoritatea sistemelor fotovoltaice care sunt instalate fix, într-o poziție orizontală sau cu o înclinație specifică.
    2. Iradianța Globală Înclinată (GTI): Aceasta măsoară totalitatea radiației solare primită pe o suprafață înclinată, care este orientată optim pentru a capta mai multă energie solară. Este utilă pentru proiectarea panourilor solare care sunt instalate la un unghi, pentru a maximiza captarea radiației solare pe parcursul unei zile sau al unui an.

IMAGINE EXEMPLIFICATIVĂ: IRADIANȚA SOLARĂ PE GLOB. (Sursa: Gregor Czisch, ISET, Kassel, Germania, 2007)

1.1.4. Definiția unghiului

Unghiurile joacă un rol esențial în instalarea eficientă a panourilor fotovoltaice, deoarece poziția soarelui în cer influențează direct cât de multă energie solară poate fi captată. Iată câteva concepte cheie:

  1. Elevația: Este unghiul dintre direcția orizontală și linia care unește punctul de observație cu soarele. O elevație mare înseamnă că soarele este sus în cer, ceea ce este tipic la amiază, în timp ce o elevație mică indică că soarele este aproape de orizont, cum ar fi la răsărit sau apus.
  1. Azimut: Aceasta este direcția soarelui pe orizont măsurată în grade. În termeni de instalare a sistemelor fotovoltaice, azimutul este folosit pentru a descrie orientarea panourilor solare în raport cu punctele cardinale. Sudul este considerat punctul de referință, cu un azimut de 0°. În acest context, unghiurile spre est sunt reprezentate prin valori negative (γ = -90° pentru est) iar unghiurile spre vest prin valori pozitive (γ = 90° pentru vest).

Prin înțelegerea acestor unghiuri, instalatorii pot calcula cu precizie cel mai bun unghi de înclinare și orientare a panourilor fotovoltaice pentru a maximiza captarea energiei solare. Aceasta implică alinierea panourilor pentru a profita de traiectoria soarelui la diferite momente ale anului, crescând astfel producția de energie a sistemului fotovoltaic.

1.1.5. Elevația Solară și Impactul ei asupra Spectrului Solar

Unghiul de Elevație Solară: Acest unghi, notat cu simbolul α, este unghiul dintre direcția razelor solare și orizont. Variază pe parcursul zilei și se schimbă în funcție de anotimpuri. Elevația solară influențează direct nivelul de iradianță solară, adică cantitatea de energie solară care ajunge pe un metru pătrat într-un interval de timp.

IMAGINE EXEMPLIFICATIVĂ: AZIMUTUL ȘI ELEVAȚIA SOLARĂ.

Această imagine oferă o reprezentare detaliată, arătând un peisaj diversificat cu diferite caracteristici ale mediului, cum ar fi clădiri, copaci și dealuri. Soarele este prezentat în diferite poziții pe cer pentru a demonstra modul în care unghiul de elevație solară se schimbă pe parcursul zilei și în diferite anotimpuri.

Interacțiunea cu Atmosfera: Pe măsură ce radiația solară trece prin atmosfera terestră, ea este influențată de diverși factori cum ar fi particulele din aer sau poluarea. Acestea pot devia sau absorbi radiația solară, reducând astfel nivelul de iradianță care ajunge la suprafața terestră, influențând eficiența sistemelor fotovoltaice (PV).

Masa Aerului (AM): Este un parametru care descrie grosimea stratului atmosferic prin care razele solare trebuie să treacă pentru a ajunge la sol. Valoarea AM este 1 atunci când soarele este direct deasupra capului (α=90°) – o situație comună la ecuator în timpul echinocțiului de primăvară. În Europa, valoarea medie anuală a AM este de 1,5, dar poate ajunge la 4 în lunile de iarnă, când soarele este poziționat mai jos pe cer.

Formula de calcul pentru AM este: AM = 1/sinus(α).

1.1.6. Reflecția Pământului și Efectul Albedo

Importanța Albedo: Albedo reprezintă capacitatea unei suprafețe de a reflecta lumina solară și este un factor crucial în calculul iradianței solare pe o suprafață înclinată. Valoarea albedo variază în funcție de caracteristicile solului dintr-o anumită zonă.

Exemple de Valori Albedo: Pentru suprafețe precum zăpada, albedo poate fi foarte mare, ajungând până la 0,9, ceea ce înseamnă că 90% din lumina solară este reflectată. În general, pentru calcularea iradianței, se poate folosi o valoare medie a albedo de 0,2.

IMAGINE EXEMPLIFICATIVĂ: Efectul Albedo

Această imagine prezintă un peisaj înnăzăpezit cu munți în fundal și soarele strălucind deasupra. Lumina soarelui se reflectă puternic de pe suprafața acoperită de zăpadă, demonstrând albedoul ridicat al zăpezii. De asemenea, se compară cu o zonă cu sol întunecat, unde lumina soarelui este mai puțin reflectată, ilustrând un Albedo mai scăzut. Zonele sunt etichetate pentru a indica diferența în valorile ALBEDO.

1.1.7. Metode de Măsurare a Iradianței Solare

Utilizarea Piranometrelor: Piranometrele sunt instrumente de mare precizie utilizate pentru măsurarea directă a iradianței solare. Ele funcționează pe baza unui termocuplu care detectează diferența de temperatură dintre o suprafață care absoarbe radiația solară și mediul înconjurător. Această metodă este extrem de precisă, cu o eroare medie anuală de doar 0,8%, dar are un timp de răspuns relativ lent datorită principiului său de funcționare termic.

IMAGINE EXEMPLIFICATIVĂ: SSR 11 SENZOR DE RADIAȚIE SOLARĂ (Piranometru)

Piranometrul din imagine are o formă discoidală cu o cupolă semisferică transparentă în partea superioară, care protejează senzorii interni. Sub cupolă se află un detector negru care absoarbe radiația solară și un termocuplu pentru a măsura căldura absorbită. Cablul care se extinde este conectat la un dispozitiv de înregistrare sau la un sistem de monitorizare pentru a înregistra datele măsurate.

Senzorii Fotovoltaici: Acești senzori folosesc o celulă solară calibrată pentru a măsura iradianța. Deși sunt mai puțin exacți decât piranometrele, cu o precizie anuală variind între 2% și 5%, senzorii fotovoltaici sunt preferați în multe situații datorită costului lor semnificativ mai redus. Sunt adesea utilizați în combinație cu înregistratoare de date pentru monitorizarea sistemelor fotovoltaice (PV) de mari dimensiuni.

Măsurarea Indirectă prin Imagini de Satelit: O altă metodă de a măsura iradianța solară este prin analiza datelor colectate de sateliți. Această metodă permite obținerea unor date pe o suprafață geografică extinsă și poate fi utilă în cazul în care instalarea de echipamente de măsură directă nu este fezabilă.

1.1.8. Potențialul Energiei Solare

Abundența Iradianței Solare: Pământul primește suficientă energie solară pentru a îndeplini cerințele energetice globale. În medie, fiecare metru pătrat de suprafață terestră poate genera aproximativ 1.700 kWh de energie pe an folosind tehnologia existentă. Cantitatea totală de energie solară care ajunge la suprafața Pământului ar putea depăși de 10.000 de ori consumul actual de energie la nivel mondial.

Eficiența Utilizării Energiei Solare: Deși doar o fracțiune din iradianța solară este convertibilă în electricitate, ‘pierderile de randament’ nu înseamnă o risipă, spre deosebire de combustibilii fosili care sunt resurse limitate și contribuie la poluare când sunt folosite.

Influența Geografică: Zonele cu expunere mai mare la soare au un potențial mai mare de generare a energiei. Zonele sub-tropicale sunt cele mai favorabile pentru producția de energie solară. În Europa, energia medie captată este de aproximativ 1.200 kWh/m² pe an (GHI), în timp ce în Orientul Mijlociu valorile pot ajunge între 1.800 și 2.300 kWh/m² pe an (GHI).

Proiecte și Calculații: Conform EPIA, necesarul de electricitate al Europei ar putea fi satisfăcut dacă doar 0,34% din suprafața terestră a continentului, o zonă comparabilă cu suprafața Olandei, ar fi echipată cu module fotovoltaice. Studii ale IEA sugerează că utilizarea a 4% din terenurile deșertice pentru instalații fotovoltaice ar putea acoperi necesarul energetic global.

Potențial Neexplorat: Există o multitudine de suprafețe care pot fi utilizate pentru captarea energiei solare, inclusiv acoperișuri, fațade de clădiri, terenuri neutilizate și deșerturi. Un studiu din cadrul Proiectului Sunrise din 2011 estimează că 40% din necesarul de energie al UE ar putea fi obținut până în 2020 prin echiparea tuturor acoperișurilor și fațadelor adecvate cu panouri fotovoltaice.

IMAGINE EXEMPLIFICATIVĂ: Ilustrarea concept-art prezintă Pământul transformat într-o utopie a energiei.

Imaginea reflectă un viitor în care energia solară este exploatată la maxim pentru a asigura nevoile energetice ale umanității.

Scroll to Top

5% REDUCERE CURSURI LB. ENGLEZĂ PENTRU ELECTRICIENI

Profită acum de oferta lunii februarie și înscrie-te la cursul de limba engleză pentru domeniul electric. Alege nivelul începători sau avansați și #HAILACURS!

Contactează-ne și pe whatsapp 0755 045 550

ÎN CLASĂ

Call Now Button