Conversia de energie
Introducere
Sistemele fotovoltaice realizeaza conversia directa a energiei radiatiei solare in energie electrica, fara o poluare sonora si fara emisia unor gaze poluante in mediul ambiant. Sistemele fotovoltaice au fost folosite la inceput pentru a echipa satelitii, dupa aceea pe scara mai larga la echiparea ceasurilor electronice precum si a unor calculatoare. In ultimii 20 de ani sute de mii de sisteme fotovoltaice au fost instalate in toata lumea. Ele sunt folosite in orase mici, precum si in sate in care implementarea unui astfel de sistem este mai rentabila decat conectarea la reteaua electrica sau folosirea de baterii / minigeneratoare de curent. Astfel de sisteme au functionat perioade lungi de timp in domenii ca pomparea apei, electrificarea unor localitati sau case izolate, gestionarea unor rezerve de apa, aparate de taxat pentru parcari, telecomunicatii sau protectie catodica.
Totusi, in ciuda succesului acestor sisteme in toata lumea piata lor reprezinta numai un procent mic din ceea ce ar putea reprezenta piata de sisteme independente. Motivul principal nu este atat unul care tine de tehnologie cat lipsa de informatie. Existenta sistemelor fotovoltaice si rentabilitatea implementarii lor, atat la nivel urban cat si rural nu este cunoscuta de potentialii utilizatori. Deasemenea, exista conceptii gresite privind tehnologia fotovoltaica, ca de exemplu ideea ca sistemele fotovoltaice functioneaza numai in lumina solara intensa, tehnologia este prea sofisticata sau ideea ca ar fi prea scumpa comparativ cu extinderea retelei electrice.
In continuare sun t prezentate peste 40 de exemple de aplicatii fotovoltaice eficiente si fiabile care functioneaza atat in Europa cat si in alte tari ale globului. Se demonstreaza astfel urmatoarele caracteristici ale sistemelor fotovoltaice:
- exista locuri unde sistemele fotovoltaice reprezinta cea mai simpla si ieftina optiune pentru alimentarea cu energie electrica;
- larga varietate de produse care au fost dezvoltate pentru utilizarea sistemelor fotovoltaice;
- zonele unde energia electrica fotovoltaica este atat fiabila cat si testata experimental;
- exemple de produse care au un potential ridicat de piata.
Aceste exemple pot fi deosebit de valoroase pentru persoanele a caror activitate se desfasoara in zone indepartate de surse coventionale de energie, pentru experti in domeniul surselor de energie regenerabila, precum si pentru toti cei interesati in vastul potential ala acestei tehnologii deosebit de flexibile, care este energia fotovoltaica.
Exemplele au fost selectionate dintr-un program al Agentiei Internationale de Energie (IEA).
Energia fotovoltaica
Notiuni introductive
Conversia fotovoltaica 25476shb63sod5b
Factorii de care depinde eficienta celulelor solare
Conversia fotovoltaica in Romania
Perspective in producerea curentului electric prin efect fotovoltaic
ho476s5263sood
Notiuni introductive
a) Epuizarea iminenta a rezervelor de combustibil fosil traditional (carbune, petrol, gaze naturale), problema majora pentru populatie.
b) Ce trebuie facut, cu ce trebuie compensata epuizarea resurselor fosile ?
- criza energetica la nivel mondial a stimulat pretutindeni in lume cercetarile pentru dezvoltarea si valorificarea eficienta a unor surse noi, alternative de energie.
- Interes deosebit il prezinta Soarele.
- Pamantul primeste de la Soare 5180 Q=5180*2,93*1014 kWh .
- Puterea radiata de Soare in afara atmosferei terestre are o densitate medie de 0,1353 W/cm2 .
- La nivelul solului, densitatea puterii radiate scade datorita absorbtiei si imprastierii diferitelor gaze.
c) Posibilitati de utilizare a energiei solare prin transformarea ei in alte forme de energie decat cea electrica:
- in energie biologica
- in energie mecanca
- in energie termica
d) Calitatea unui dispozitiv de transformare a energiei solare in energie electrica se apreciaza dupa:
- eficienta de conversie
- pretul de cost al dispozitivului
- durata lui de viata
Conversia fotovoltaica
a) Prezentare generala
- Antoine Becquerel a descoperit posibilitatea generarii unui curent electric in circuit sub actiunea luminii (in 1839).
- Frenkel (1935), Landau (1936) au dat explicatii asupra fenomenului.
- Conversia radiatiei solare in energie electrica prin efectul fotovoltaic se realizeaza in celule solare
- Se realizeaza direct, fara etape intermediare de transformare in caldura.
b) Celula solara
- dispozitiv realizat cu materiale semiconductoare.
- clasificarea celulelor solare:
- dupa natura neomogenitatii
– homojonctiune
– heterojonctiune
- celule cu:
- semiconductoare monocristaline
- straturi subtiri
- policristaline sau amorfe
- pe baza de Si cele cu GaAs: dau eficienta de conversie ridicata 18-25%
- CdS policristalin, Si amorf hidrogenat: au randamente mai scazute: 5-12%
c) Aplicatii in care intervin celule solare ca generatoare electrice
- generatoare izolate de mica putere (calculatoare de buzunar, radioreceptoare portabile)
- generatoare locale de putere medie (pompe de irigatii, aparate electrocasnice, vehicule electrice)
- generatoare de mare putere (pentru alimentarea retelei de curent alternativ)
Factorii de care depinde eficienta celulei solare
O celula fotovoltaica transforma doar o parte din energia radianta in energie electrica, restul se pierde ca urmare a unei serii de procese ce se petrec in timpul conversiei:
- procese care intervin cand energia este sub forma de radiatie (pierderi de radiatie)
- procese care intervin dupa ce energia radianta a fost transferata semiconductorului
- pentru fiecare proces se poate defini cate o “eficienta partiala”
· eficienta celulei rezulta ca un produs al tuturor “eficientelor partiale”
- patrunderea luminii prin suprafata
- absorbtia incompleta
- generarea purtatorilor
- pierderi de curent datorate recombinarii
- pierderi de tensiune<O:P</O:P
· jumatate din energia absorbita de la soare se pierde sub forma de caldura
· aceasta pierdere face ca maximum de eficienta sa fie in jur de 25%.
Conversia fotovoltaica in Romania
S-au facut cercetari incepand din anii ’70 avand urmatoarele obiective:
- realizarea de generatoare solare cu caracter demonstrativ
- realizarea unei fabricatii de serie mica de baterii solare
- dezvoltarea cercetarilor in domeniul bateriilor fotovoltaice.
In 1982 I.C.P.E. a omologat primele module fotovoltaice cu celule din siliciu monocristalin produse de I.P.R.S.. S-au facut studii privind celulele fotovoltaice lichide cu electrozi semiconductori si pentru fotoelectroliza apei. Primele baterii cu celule in strt subtire au fost realizate in perioada 1980-1984.
Perspective in producerea curentului electric prin efect fotovoltaic
Energia electrica produsa prin tehnologie fotovoltaica s-a afirmat ca o sursa de electricitate viabila din punct de vedere economic si nu numai.
Vanzarile mondiale de sisteme fotovoltaice au atins in 1998 150 MW, dupa un deceniu in care au crescut cu 15-20% pe an.
Ajungand la o cifra de vanzari de aproximativ 1 miliard de dolari, industria fotovoltaica a stabilit noi standarde a patruns pe noi piete si si-a demostrat viabilitatea din punct de vedere economic.
Exemple de sisteme fotovoltaice autonome
Pompare:
- Statie de pompare in Africa
- Statie de pompare apa pentru o ferma de vite
- Statie de pompare apa pentru sate
- Fantana solara si moara de apa
Comunicatii:
- Sisteme de repetare a semnalului in telecomunicatii
- Statii de amplificare a semnalului TV in zone izolate
- Turn de supraveghere a padurilor pentru detectarea incendiilor
- Telefoane de avarie
- Statii de repetare a semnalului in zone izolate
- Statii de repetare a semnalului telefonic de urgenta in zone montane de agrement
- Telefoane pentru urgente in zone montane de agrement
Control:
- Monitorizarea debitului de gaz
- Aparat de taxat in parcari
- Sistem de protectie impotriva coroziunii
- Lubrificanti pentru calea ferate
- Masurarea nivelului apei la lacurile de acumulare
Iluminare:
- Sisteme pentru iluminatul stradal
- Sisteme pentru iluminatul tunelelor
- Sisteme autonome pentru iluminat
- Sisteme pentru iluminatul stradal
- Iluminarea statiilor de autobuz
Transport
- Incarcarea acumulatorilor de masina
- Propulsie electrica pentru barci de vacanta
Semnalizare
- Geamanduri
- Faruri maritime
Racire
Instalatii pentru case izolate
- Case mobile
- Case de vacanta
- Vile pentru vacanta
- Case izolate in Franta
- Case izolate in Germania
- Case izolate in Italia
- Oaza WWF
- Electrificare rurala cu sisteme fotovoltaice
- Electrificare rurala cu sisteme fotovoltaice in insule
Generatoare de energie izolate
- Generatoare izolate de energie
- Stocarea energiei electrice prin utilizarea hidrogenului pentru sisteme fotovoltaice
- Ferme in Polinezia Franceza
- Insulele Cook - proiect de electrificare
- Refugiu alpin - Les Evettes
- Mic generator de energie electrica pentru sate
- Sisteme container
- Proiectul Valoren
- Sisteme fotovoltaice pentru altitudine mare
- Sistem fotovoltaic portabil
- Sistem hibrid Diesel/fotovoltaic pe o insula mica
- Electrificarea insulelor izolate
Statie de pompare in Africa
Scop: Pomparea apei proaspete. De exemplu: in noua tari ale Sahel-ului (39 milioane locuitori, 5 milioane km. patrati)
Avantaje: Apa proaspata este foarte importanta in tari precum cele din Sahel. Pomparea apei cu ajutorul unui sistem fotovoltaic s-a dovedit a fi eficienta si fiabila in zone izolate.
Observatii generale: Din 1974 au fost lansate multe initiative in special in zona Sahel pentru instalarea unor sisteme fotovoltaice de pompare .
Informatii despre acest tip de sistem fotovoltaic
| Piata |
Finantare |
Caracteristici sistem |
Regiune |
Sahel |
Utilizatori |
Satenii |
Putere |
0.3-4 kWp (720 kWp in total) |
Pozitie geografica |
- |
Investitor |
EU |
Baterie |
nu are baterii |
Nr. sisteme |
1300 |
Cost produs |
- |
Cerere |
- |
Potential in regiune |
5000 |
Cost componente fotovoltaice |
- |
Numar mediu de ore
de functionare |
- |
Fractiune cost componente fotovoltaice |
- |
Tip sistem |
Stationar, izolat |
|
Potential pe glob |
- |
Distanta pana la retea |
sute de km. |
Surse auxiliare |
nu are |
Durata de amortizare |
- |
An lansare pe piata |
1990 - 1994 |
|
Statie de pompare apa pentru o ferma de vite
Scop: Pompeaza apa proaspeta pentru aprox. 140 de vite. Caderea de presiune este de 0 - 5 m,. functie de sistem.
Avantaje: Pomparea continua de apa proaspata, productie ridicata de lapte, alimentare cu apa mai eficienta, pastrarea paturii freatice de apa, riscuri reduse de vaci imbolnavite.
Observatii generale: Sistemul este livrat "la cheie" incluzand rezervorul (70-320 litri), pompa si sistemul fotovoltaic. Este conceputa pentru pomparea de apa din panza freatica (0 - 5 m.)
Informatii despre acest tip de sistem fotovoltaic
|
Piata |
Finantare |
Caracteristici sistem |
Regiune |
Olanda |
Utilizatori |
Fermierii |
Putere |
40 Wp pentru apa de suprafata 80Wp pentru surse de apa mai profunde |
Pozitie geografica |
52grd N, 5grd E, nivelul marii |
Investitor |
Fermierii, plata la cumparare |
Baterie |
85 pana la 185 Ah la 12V |
Nr. Sisteme |
5000 (200kWp) |
Cost produs |
2000-5000 USD |
Cerere |
150Wh/zi numai in timpul verii la 7.5m. cubi la 1m |
Potential in regiune |
25000(1MWp) |
Cost componente fotovoltaice |
600-800 USD |
Numar mediu de ore
de functionare |
1-2 ani sau 1500 ore functionare |
Fractiune cost pentru componentele fotovoltaice |
20% |
Tip sistem |
Mobil, Izolat/Mobil |
|
Potential pe glob |
Tari: Belgia, Danemarca, Germania, Surinam, etc. |
Distanta pana la retea |
>0.5 km. |
Surse auxiliare |
nu are |
Durata de amortizare |
Un an |
An lansare pe piata |
1980 |
|
Fantana solara si moara de apa
Scop: Conceput pentru a furniza apa pentru o fantana arteziana si o moara de apa in parcuri si gradini (decorativ).
Avantaje: Pomparea apei dintr-un rezervor folosit la jetul de apa si la moara de apa. Conectat direct la o pompa cu motor cu curent continuu. Nu foloseste reteaua electrica, baterii si are un set limitat de facilitati de control.
Observatii generale: Inaltimea jetului de apa si viteza de rotatie a rotii morii sunt direct proportionale cu intensitatea radiatiei solare.
Informatii despre acest tip de sistem fotovoltaic
| Piata |
Finantare |
Caracteristici sistem |
Regiune |
Insula Cheju, Coreea |
Utilizatori |
Institutul de cercetari energetice din Coreea |
Putere |
3 kWp |
Pozitie geografica |
33,5 grd N, 127,5grd E |
Investitor |
Guvernul coreean |
Baterie |
nu are |
Nr. Sisteme |
2 (5 Wp) |
Cost produs |
40.000 USD |
Cerere |
2 - 10 kWp |
Potential in regiune |
- |
Cost componente fotovoltaice |
16.000 |
Numar mediu de ore de functionare |
- |
Fractiune cost componente fotovoltaice |
40% |
Tip sistem |
Stationar |
|
Potential pe glob |
- |
Distanta pana la retea |
- |
Surse auxiliare |
nu are |
Durata amortizare |
- |
An lansare pe piata |
1994 |
|
Statii de repetare a semnalului in telecomunicatii
Scop: Electrificarea repetoarelor pentru telecomunicatii.
Avantaje: Pret relativ scazut, fiabila.
Observatii generale: Reteaua electrica nu este accesibila in majoritatea cazurilor. Sisteme finlandeze au fost vandute in China.
Informatii despre acest tip de sistem fotovoltaic
|
Piata |
Finantarea |
Caracteristici sistem |
Regiune |
China |
Utilizatori |
Companii de telecomunicatii |
Putere |
3.7 kWp |
Pozitie geografica |
Provincia Guangxiu |
|
