Referate astronomie
          Energia solara Nivel: facultate


ENERGIA SOLARA

Energia solara, energie luminoasa produsa de soare ca rezultat ale reactiilor de fusiune nucleara, este transmisa spre Pamant prin spatiu de radiatia electromagnetica in unde de energie formate din fotoni, care interactioneaza cu suprafata si atmosfera Pamantului.

Puterea radiatiilor solare la marginea exterioara a atmosferei terestre cand Pamantul se afla la distanta medie fata de soare este numita constanta solara, a carui valoare medie este de 1.37x106 ergi pe secunda pe cm2, sau aproape 2 calorii pe minut pe cm2 . Intensitatea nu este constanta, oricum, se pare ca variaza cu 0,2% in 30 de ani. Intensitatea energiei disponibile actuale la suprafata Pamantului este mai mica decat constanta solara datorita absorbtiei si imprastierii de energie luminoasa sub forma de fotoni care interactioneaza cu atmosfera.

Puterea energiei solare disponibile in orice punct al pamantului depinde, intr-un mod complicat dar predictibil, de ziua anului, de momentul zilei si de altitudinea punctului de colectare. Mai mult, cantitatea de energie solara care poate fi colectata depinde si de orientarea obiectului colector.

TRANSFORMAREA NATURALA A ENERGIEI SOLARE

Colectia de energie solara se desfasoara in atmosfera Pamantului, in oceane si in viata plantelor. Interactiunea dintre energia solara, oceane si atmosfera, de exemplu, produce vanturile, care au fost folosite de secole la invartitul morilor. Aplicatiile moderne ale energiei eoliene folosesc turbine puternice, usoare rezistente la vreme si aerodinamice, care, cand sunt atasate la generatoare produc electricitate pentru uz local, specializat sau ca parte a retelei commune sau regionale de distributie a electricitatii.

Aproximativ 30% din energia solara care atinge marginea exterioara a atmosferei este consumata in ciclul hidrologic, care produce precipitatiile si energia potentiala a apei in raurile montane. Energia produsa de aceste ape curgatoare in timp ce trec prin turbinele moderne este numita energie hidroelectrica.

?n timpul procesului de fotosinteza, energia solara contribuie la prelungirea vietii plantelor, care pot fi folosite drept combustibili, incluzand lemnul si combustibilii fosili care deriveaza di viata geologica a plantelor moarte. Combustibilii ca alcoolul si metana pot fi, de altfel, extrase din biomase.

Oceanele reprezinta, de altfel, o forma de colectie naturala de energie solara. Ca rezultat al absorbtiei de energie solara in ocean si in curentii oceanici, au loc fluctuatiile de temperatura. ?n unele locuri aceste fluctuatii verticale se apropie de 20? C (36? F) pe o distanta de cateva sute de metri. Cand cantitati mari de materie exista la diferite temperaturi, principiile termodinamice prezic ca un ciclu generator de energie poate fi creat pentru a indeparta energia din cantitatile de temperaturi mari si sa transfere o cantitate mai mica de energie la o cantitate de temperatura mai mica. Diferenta dintre aceste doua energii calorice se manifesta ca o energie mecanica (de exemplu, productia dintr-o turbina), care poate fi legata la un generator pentru a produce energie electrica. Asemenea sisteme, numite sisteme de conversie de energie termala oceanica (CETO), necesita schimbatoare de caldura enorme si alte aparate in ocean, pentru produs electricitate la nivel de Megawatt-i.

COLECTARE DIRECTA DE ENERGIE SOLARA

Colectarea directa de energie solara implica echipamente artificiale, numite colectoare solare, care sunt facute sa colecteze energia, uneori prin focalizarea anterioara a razelor de soare. Energia, odata colectata, este folosita intr-un proces termal, fotoelectric. ?n procesele termale energia solara este folosita sa incalzeasca un gaz sau lichid, care este apoi stocat si distribuit. ?n procesul fotovoltaic energia solara este transformata direct in energie electrica, fara echipamente mecanice intermediare. Colectorii solari sunt de doua feluri fundamentale: colectorii plati si colectorii concentratori.

COLECTORII PLATI

?n procesele termale, colectorii plati intersecteaza radiatia pe planuri absorbante in care pasajele pentru asa numitul fluid transportator sunt integrate sau sunt atasate. Fluidul transportator (lichid sau aer), trecand prin aceste canale curgatoare isi creste temperatura prin transferul de temperatura cu planul absorbant. Energia transferata fluidului transportator, cand este desfacuta de incidenta energiei solare pe colector si exprimata intr-un procentaj este numita eficienta instantanee a colectorului. Colectorii plati, in general, au una sau mai multe invelisuri optice transparente pentru a minimaliza pierderile de caldura din suprafata colectoare, intr-un efort de a atinge eficienta maxima. Tipic, ele sunt capabile sa incalzeasca fluidul transportator pana la 82? C (180? F) cu eficiente intre 40% si 80%.

plati au fost folositi eficient pentru incalzirea apei si a locuintelor. Tipicele aplicatii autohtone folosesc colectoare fixe, montate pe acoperisuri. ?n emisfera nordica ele sunt orientate in directia sudica; in emisfera sudica ele sunt orientate cu fata spre nord. Unghiul optim la care se monteaza colectoarele, relativ la planul orizontal, depinde de latitudinea instalatiei. ?n general pentru aplicatiile din timpul anului, ca furnizarea de apa calda, colectorii sunt inclinati (relativ cu planul orizontal) la un unghi egal cu unghiul latitudinii ±15?, si sunt orientate cu fata spre nord (sau sud) pana in ±20?.

Pe langa colectorii plati, sistemele tipice de apa calda si incalzit locuintele includ pompe circulare, senzori de temperatura, controlatoare automate de activat pompele circulare si dispozitive de depozitare. Si aerul si lichidele (apa sau o solutie anti-inghet pentru apa) pot fi folosite ca fluide in sistemele de incalzire solara, si o fundatie de piatra sau un rezervor bine izolat de depozitare a apei pot servi drept mediu de depozitare a energiei.

COLECTORII CONCENTRATORI

Pentru aplicatii ca aerul conditionat, generarea centrala de energie si numeroase necesitati industriale de caldura, colectorii plati in general nu pot furniza fluide transportatoare la temperaturi suficient de ridicate pentru a fi efective. Ele ar putea fi folosite ca echipamente de indus caldura de prima treapta; temperatura fluidului ar fi atunci marite de alte metode de incalzit conventionale. Alternativ se pot folosi colectori concentratori mai complecsi si mai scumpi. Acestia sunt dispozitive care reflecta optic si focalizeaza energia solara incidenta pe o mica suprafata de primire. Ca rezultat al acestei concentratii, intensitatea energiei solare este marita, si temperaturile care pot fi atinse pe gazda (numita „tinta”) se pot apropia de cateva sute sau cateva mii de grade celsius. Concentratorul trebuie sa se miste pentru a urmari soarele daca executa activitatea de colectare efectiv si aceste sisteme sunt numite heliostate.

CUPTOARE SOLARE

O importanta aplicatie a colectorilor concentratori pentru temperaturi ridicate este pentru furnalele solare. Cele mai mari dintre acestea, gasite la Odeillo in Pirinei in Franta, folosesc 9.600 de reflectoare cu o suprafata de aproximativ 1.850 m?, pentru a produce temperaturi de 4.000? C (7.200? F). Asemenea cuptoare sunt ideale pentru cercetarea temperaturilor cerute si a mediilor necontaminate—de exemplu, cercetarea materialelor.

CENTRALELE GAZDA

Generarea de energie electrica din energie solara este in dezvoltare. ?n centralele gazda, sau conceptul „turnuri de energie”, un dispozitiv de reflectoare montate pe heliostate controlate de computere reflecta si focalizeaza razele solare pe un boiler de apa montat pe un turn. Aburul generat poate fi folosit intr-o centrala electrica conventionala pentru a produce electricitate.

RACIRE SOLARA

Racirea solara poate fi folosita prin folosirea energiei solare ca sursa de caldura intr-un ciclu de absorbtie de racire folosit la frigidere. O componenta a sistemelor de absorbtie de racire standarde, numita generator, necesita o sursa de caldura. Pentru ca excesele de caldura de 150? c (300? F) sunt in general cerute pentru ca sistemele de absorbtie sa execute efectiv. Colectorii concentratori sunt mai potriviti decat colectorii plati pentru aplicatiile de racire.

CELULELE FOTOELECTRICE

Celulele solare facute din felii de silicon cristalizat, arsenita, galium sau alte materiale semiconductoare transforma energia solara direct in electricitate. ?ntr-o celula fotoelectrica, lumina excita electronii si ii face sa se miste de pe un strat pe altul prin materialele semiconductoare de silicon. Asta produce curentul electric. Celulele cu conversie eficienta in exces de 30% sunt acum disponibili. Utilizarea actuala a celulelor fotoelectrice este limitata la a fi vaga, ne fiind frecventata decat ca dispozitiv de putere scazuta pe giamanduri si pentru echipamentele de pe navele spatiale.

ENERGIE SOLARA DIN SPATIU

O schema care a fost propusa pentru a produce energie la scara larga implica punerea pe orbita geosincronizata a Pamantului a module solare gigante, unde energia generata de razele de soare ar fi transformate in microunde si indreptate spre antenele de pe Pamant pentru retransformarea in energie electrica. Pentru a produce la fel de multa energie cat 5 centrale nucleare mari (un milion watt-i fiecare) exact cativa km? de colectori solari, cantarind 4.530.000 kg, ar trebui sa fie asamblata pe orbita si ar mai fi nevoie de o antena terestra de 8 km diametru. Sisteme mai mici ar putea fi construite pentru insulele departate, dar economia la scara sugereaza avantajele unui singur sistem mare.

DISPOZITIVE DE DEPOZITARE A ENERGIEI SOLARE

Datorita naturii intermitente a radiatiei solare ca o sursa de energie, excesul de energie solara din perioade cu cerinte mici trebuie depozitate pentru cand resursele de energie solara vor fi insuficiente. ?n afara de sistemele simple de apa si pietre, dispozitive mai compacte pe care se pot bizui caracteristicile de schimbare a fazelor a sarurilor (saruri care se topesc la temperaturi mici) pot fi de asemenea folosite , in particular, in aplicatiile de racire. Bateriile pot servi drept dispozitiv de depozitare pentru excesul de energie electrica produsa de sistemele eoliene sau fotoelectrice. Un concept mai larg este distribuirea excesului de electricitate retelelor de energie existente si folosirea acestor retele de energie ca surse suplimentare cand rezervele electrice sunt insuficiente. Economia si siguranta unei asemenea scheme, oricum, pune limite acestei alternative.

HANGANU ANDREI
Cauta