Sisteme fotovoltaice

Capitolul 10 Sisteme fotovoltaice

Capitolul 10 Sisteme fotovoltaice Icircn viitor nu va exista o unică sursă de energie ci multe surse regenerabile (şi neregenerabile) care vor fi combinate pentru a răspunde cerinţelor de electrificare ale planetei Energia fotovoltaică este una dintre aceste surse Cu ajutorul turbinelor eoliene energia solară poate fi convertită indirect icircn electricitate trecacircnd prin stadiile intermediare ale icircncălzirii diferenţiale a aerului şi conversiei acestei energii a vacircntului icircn rotaţia unui rotor al unui generator Utilizacircnd celulele solare este posibilă convertirea directă a luminii solare icircn electricitate prin procesul fotoelectric Deoarece lumina soarelui este distribuită uniform orice clădire are potenţialul de a genera local electricitate Ca şi icircn cazul icircncălzirii solare a apei (capitolul 6) acoperişul este locul cel mai convenabil de montare a celulelor solare dacă este corect orientat pentru a primi radiaţia solară Icircn acest modul două tipuri de energie se fac remarcate Primul este energia radiantă a soarelui (lumina) sursa cea mai uniform distribuită din cacircte există Cea de a doua este energia electrică produsă energia cea mai utilizată de către copii 101 Energia solară

Soarele este o stea născută acum 5 miliarde de ani Se află cel mai aproape de pămacircnt la o distanţă de 150 de milioane de kilometri Diametrul său este de 100 de ori mai mare decacirct diametrul pămacircntului

Energia transmisă de soare provine dintr-un lanţ de reacţii de fusiune nucleară Aceste reacţii crează o radiaţie cu o putere de 66 milioane de Waţim2 la suprafaţa soarelui Această energie radiantă este dispersată din momentul icircn care icircşi părăseşte sursa Cacircnd pătrunde icircn atmosfera pămacircntului puterea sa medie este de 1360 Waţi m2 La atingerea suprafeţei pămacircntului are o putere de numai 1000 Waţi m2 icircn cazul icircn care cerul este senin deoarece atmosfera reflectă şi absoarbe o parte din radiaţie Energia radiantă a soarelui este transformată icircn mici pachete de particule de energie numite fotoni şi conţine un icircntreg spectru de lungimi de undă Lungimile de undă vizibile de către ochiul uman formează ceea ce noi numim lumină Viteza luminii este de 300 000 kmsecundă 102 Mişcarea Soarelui Cantitatea de energie radiantă transmisă de soare variază icircn spaţiu şi timp (odată cu schimbarea anotimpurilor) Cantitatea de energie captată la orice locaţie dată depinde de unghiul de elevaţie (α) şi de unghiul de azimut (Φ) din acel loc şi din acel moment vezi Figura 101 Unghiul de elevaţie este cel mai ridicat icircn timpul solstiţiului de vară şi cel mai scăzut icircn timpul solstiţiului de iarnă

KITH - Manual pentru şcoli

Unghiul de elevaţie al soarelui măsoară icircnălţimea de pe cer a soarelui faţă de orizont

Unghiul de azimut indică direcţia soarelui icircn plan orizontal faţă do direcţie de referinţă (de obicei faţă de sud)

Figura 101 Elevatia şi unghiul de azimuth Intensitatea radiaţiei solare variază de asemenea odată cu grosimea masei de aer pe care radiaţia trebuie să o traverseze Dacă soarele este vertical la pracircnz atunci această distanţă are valoarea minimă icircn timp ce dacă soarele este icircnclinat (elevaţie) cu doar 30ordm distanţa de străbătut este dublă Cu cacirct suntem mai la nord cu atacirct elevaţia este mai mică mai ales icircn timpul lunilor de iarnă

Latitudinea şi condiţiile climatice determină un anumit număr de ore pe an icircn care soarele este vizibil pe bolta cerească şi iradiaţia anuală (măsurată icircn kWhm2) Iradiaţia anuală care soseşte pe o suprafaţă orizontală descreşte cu latitudinea după cum se poate vedea icircn Figura 102

Figura 102 Iradiaţia globală

Schimbarea poziţiei soarelui pe cer de la oră la oră şi de la zi la zi poate fi determinată pe o diagramă a traiectoriei soarelui (Figura 103) Poziţia soarelui icircn raport cu orizontul este exprimată prin unghiul de azimut (axa orizontală) şi unghiul de elevaţie (axa verticală) Poziţia zilnică a soarelui pe cer aproximativ icircn ziua 21 a fiecărei luni este indicată cu ajutorul a şapte curbe orizontale Cea mai de sus corespunde lunii iunie (solstiţiu de vară) iar cea de jos lunii decembrie (solstiţiu de iarnă) Celelalte cinci corespund fiecare la două luni de exemplu linia pentru 20 martie este aceeaşi cu cea pentru 23 septembrie Liniile verticale icircmpart curbele desenate icircn ore corespunzătoare icircntregii zile

Figura103 Diagrama traiectoriei soarelui Relieful şi obstacolele de pe suprafaţa pămacircntului vor reduce de asemenea intensitatea energiei radiante icircn anumite momente şi icircn anumite anotimpuri Pentru a cunoaşte potenţialul energetic al unui loc trebuie desenată o linie a orizontului pe diagrama traiectoriei soarelui Dispozitivul de măsură utilizat pentru construiea unei astfel de linii se numeşte clinometru El măsoară unghiul unei raze solare deasupra sau dedesubtul orizontului (vezi Activităţile 101 şi 102)

Activitatea 101 Confecţionaţi-vă propriul clinometru Activitatea 101 Construiţi-vă un clinometru

Activităţi

1 Treceţi sfoara prin gaura din raportor 2 Agăţaţi agrafa la capătul sforii 3 Lipiţi cu scotch tubul prin axa de simetrie a raportorului

Note pentru profesori Clinometrul va fi utilizat icircn Activitatea 12 Cunoştinţe necesare Un clinometru este un aparat de măsură folosit pentru a măsura unghiul unei raze solare deasupra sau dedesubtul orizontului Scop A icircnţelege ce este unghiul de elevaţie prin construirea (şi apoi utilizarea) unui dispozitiv de măsurare Material un raportor o sfoară o agrafă de birou un tub prin care se poate trece un creion bandă de lipit Cuvinte cheie măsurare unghi icircnălţime Abilităţi icircndemanare măsurare interpretare Materii din curriculum naţional Ştiinţe şiTehnologie Grupa de vacircrstă 11+ Timp minim necesar pentru terminarea activităţii 1 oră

Activitatea 102 Desenaţi o diagramă a liniei orizontului din dreptul propriei case Activitatea 102 Desenaţi o diagramă a liniei orizontului din dreptul propriei case Activităţi

1 Instalaţi-vă icircn locul icircn care doriţi să urmăriţi soarele 2 Luaţi-vă compasul şi icircncepeţi cu estul 3 Luaţi-vă clinometrul şi icircndreptaţi-l spre vacircrful obstacolului (dacă există astfel de

obstacol) situat spre est 4 Citiţi unghiul de elevaţie indicat de clinometru 5 Icircnsemnaţi acest unghi de elevaţie pe grafic 6 Continuaţi măsurătorile faţă de obiecte aflate din ce icircn ce mai spre vest Icircntoarceţi-vă

progresiv cu compasul cu cacircte 10deg 7 Uniţi puntele Relieful suprafeţei pămacircntului şi orice alte obstacole prezente vor apărea

pe grafic (vezi exemplul de mai jos) Note pentru profesori Diagrama traiectoriei soarelui din această activitate va fi utilizată icircn Activitatea 44 Cunoştinţe necesare Schimbarea poziţiei soarelui pe cer de la o oră la alta şi de la o zi la alta poate fi determinată pe o diagramă a traiectoriei soarelui Caracteristicile peisajului şi obstacolele vor reduce energia radiantă primită icircntr-o anumită zonă la o anumită oră şi icircntr-un anumit anotimp Pentru a vizualiza acest lucru traiectoria soarelui icircntr-o anumită zonă trebuie să fie desenată pe diagrama traiectoriei soarelui Scop Icircnţelegerea şi demistificarea diagramelor pentru traiectoria soarelui şi linia orizontului Material compas clinometru foi pentru diagramele de traiectorie a soarelui Cuvinte cheie unghiul de azimut unghiul de elevaţie traiectoria soarelui Abilităţi măsurare precizie trasare Materii din curriculum naţional Ştiinţe şi Tehnologie Matematică Geografie Grupa de vacircrstă 11+ Timp minim necesar pentru terminarea activităţii 3 ore

103 Procesul fotovoltaic

Electronii sunt particole atomice care se rotesc icircn jurul nucleului care mai cuprinde alte două tipuri de particole protoni şi neutroni stracircns legaţi icircntre ei Electronii sunt particule icircncărcate negativ protonii sunt icircncărcaţi pozitiv iar neutronii sunt neutrii din punct de vedere electric Fiecare electron se roteşte icircn jurul nucleului pe orbite Deoarece particolele de sens opus se atrag icircntre ele electronii sunt legaţi de orbite Icircn materialele conductoare pot părăsi cu uşurinţă orbitele prin aplicarea unui cacircmp electric formacircnd astfel un curent electric

Efectul fotovoltaic este un fenomen fizic care are loc numai icircn materiale numite semiconductori Cacircnd particule de lumină numite fotoni lovesc suprafeţele semiconductorilor icircşi transferă energia către electronii acestor materiale deplasacircndu-I de pe orbită Dacă semiconductorul este dopat cu impurităţi potrivite care fac ca electronii să fie atraşi spre o suprafaţă se stabileşte o sarcină electrică care stă la baza unui curent electric

fotoni

electroni

Figura 104 Principiul celulei fotovoltaice Energia radiantă a soarelui este astfel transformată icircn energie electrică Efectul fotovoltaic generează curent direct fără a se utiliza piese metalice mobile sau a face zgomot Efectul fotovoltaic a fost descoperit de Edmond Bacquerel icircn 1839

Activitatea 103 Hai să ne jucăm cu pietricele Activitatea 103 Hai să ne jucăm cu pietricele Acest mini joc de billiard reprezintă efectul fotovoltaic

Terenul de joacă

= folie de silicon Tubul = conductorul electric Pietricelele albastre = electroni din silicon Pietricelele galbene = fotoni

Activităţi Icircnfăşuraţi folia de plastic astfel icircncacirct să faceţi din ea un tub Folosiţi scotch pentru a evita schimbarea formei tubului Tăiaţi un pătrat din cutia de carton lăsacircndu-i o ramă de 2 cm icircnălţime La un capăt al terenului de joacă pe care astfel l-aţi creat faceţi o gaură icircn care să puteţi introduce tubul (care să fie plasat la acelaşi nivel cu terenul) Aranjaţi pietricelele pe teren Icircmpingeţi pietricelele albastre icircn tub icircmpreună cu cele galbene pentru a crea un curent de pietricele (curent electric) Note pentru profesori Un careu de joc mult mai robust se poate construi din lemn Cunoştinţe necesare Fotonii sunt particule de lumină Electronii sunt particule electrice Cacircnd fotonii lovesc a folie subţire de silicon ei icircşi transferă energia electronilor de silicon Electronii se icircndreaptă apoi icircntr-o anumită direcţie creacircnd astfel un curent electric Scop A demistifica şi a facilita icircnţelegerea intuitivă a efectului fotovoltaic Material Pietricele galbene şi albastre o cutie mare de carton o folie transparentă de plastic foarfece un cutter scotch şi vopsea Cuvinte cheie fotoni electroni silicon efect fotovoltaic electricitate Abilităţi imaginaţie icircndemacircnare Materii icircn curriculum naţional Ştiinte şi Tehnologie Grupa de vacircrstă 7+ Timp minim necesar pentru terminarea activităţii 2 ore

104 Celule şi module fotovoltaice Materialul folosit pentru celulele fotovoltaice este siliconul Siliconul este făcut din siliciu primul element constitutiv al nisipului După ce urmează un proces de purificare la temperaturi ridicate siliconul este păstrat pentru aplicaţii electronice Deşeurile de silicon din industria electronică pot fi retopite şi folosite pentru fabricarea celulelor fotovoltaice Cristalele foarte pure de silicon (sau silicon amorf) sunt tăiate icircn felii subţiri cu o grosime de aproximativ 300 microni O suprafaţă este apoi dopată cu un element care are un electron mai mult decacirct siliconul pentru a crea o sarcină pozitivă şi cealaltă suprafaţă cu un element care are un electron mai puţin pentru a crea o sarcină negativă Aceste suprafeţe vor atrage sau vor respinge electronii fotonilor sosiţi creacircnd astfel un curent electric Procesul de producere a celulelor include următoarele etape

1 Recuperarea deşeurilor de silicon din industria electronică 2 Retopirea siliconului 3 Modularea lui icircn blocuri de silicon 4 Făracircmiţarea blocurilor de silicon astfel icircncacirct să se obţină celule de o grosime de 300 de

microni 5 Tratarea suprafeţei celulelor pentru a obţine un pol + şi unul - 6 Icircntretăierea celulelor cu foiţe de conductor pentru a se forma o reţea

Fiecare celulă generează o foarte mică cantitate de electricitate Pentru a obţine un curent electric mai mare şi pentru a creşte puterea debitată celulele sunt conectate icircn serie pentru a forma panouri fotovoltaice de dimensiuni mari sau ldquomodulerdquo Deoarece celulele sunt extrem de fine şi fragile ele sunt protejate de un icircnveliş impermeabil şi un strat de sticlă transparent şi solid Modulele sunt icircn general dretunghiulare şi au o grosime de de cacircţiva centimetri Ele pot fi integrate icircn materiale de construcţie (cadre transparente) Procesul de producere a modulelor include următoarele etape

1 Celulele gata pentru asamblare 2 Asamblarea celulelor icircn serii pentru a colecta curentul electric 3 Inserţia celulelor asamblate icircn spaţiul dintre un strat de geam transparent

(plasat cu faţa la soare) şi un alt suport din material rigid 4 Icircncadrarea icircntr-o ramă de aluminiu 5 Terminarea modulului sau panoului fotovoltaic Puterea generată de un modul icircn condiţii

optime ale radiaţiei solare (1kW m2 de energie radiantă) este denumită capacitatea de vacircrf a modulului (unitatea sa de măsură este Wp)

Activitatea 104 Construirea celulelor şi modulelor fotovoltaice Activitatea 104 Construirea celulelor şi modulelor fotovoltaice Activităţi Reasamblarea figurilor icircntr-o ordine corectă pentru a ilustra modul icircn care se construiesc celulele şi modulele fotovoltaice Note pentru profesori Decupaţi şi amestecaţi paşii de urmat Cunoştinţe necesare Paşii procesului de producere a celulelor şi modulelor sunt date anterior Scop Icircnţelegerea modului de contruire a celulelor şi modulelor fotovoltaice Material Copii xerox ale următoarelor două pagini Cuvinte cheie celulă fotovoltaică modul-e silicon conductor Abilităţi logică analiză memorie Materii icircn curriculum naţional Ştiinţe şi Tehnologie Limbi străine Grupa de vacircrstă 11+ Timp minim necesar pentru terminarea activităţii 1 oră

PRODUCEREA CELULELOR FOTOVOLTAICE

PRODUCEREA MODULELOR FOTOVOLTAICE

105 Sisteme independente

Dacă reţeaua electrică nu ajunge pacircnă la o locuinţă este posibil ca locuinţa să-şi producă propria electricitate Icircn orice caz această electricitate va trebui icircnmagazinată deoarece fluxul solar variază pe durata zilei şi odată cu modificarea vremii Icircn acest fel se va putea obţine un curent electric regulat Bateriile sunt modul cel mai obişnuit de icircnmagazinare a electricităţii deoarece pot icircnmagazina electricitate pe durate lungi de timp (Figura 105)

Panourile fotovoltaice produc electricitate Bateriile icircnmagazinează electricitatea Regulatorul reglează injecţia de curent icircn baterii astfel icircncacirct acestea să nu se consume prea repede Alternatorul transformă curentul continuu din baterii icircn curent alternativ dacă receptorii din locuinţă utilizează curent alternativ (alternatorul nu va fi necesar dacă receptorii folosesc curent continuu)

Figura 105 Sisteme independente Pentru laquo a dimensiona sistemul solar raquo trebuie luate icircn consideraţie următoarele a) Cum locuinţa trebuie să fie independentă de electriciate consumul zilnic trebuie să fie calculat Pentru a face acest lucru consumul de energie al tutuor receptorilor icircn funcţie de nevoile familiei trebuie să fie icircnsumat odată la o perioadă de 24 de ore Numărul de baterii va fi apoi ales astfel icircncacirct să se satisfacă necesarul de energie cu o mică marjă de siguranţă b) Numai odată ce această etapă este icircncheiată se poate cunoaşte suprafaţa necesară de panouri fotovoltaice Trebuie să fie suficientă pentru a icircncărca bateriile icircn fiecare săptămacircnă Va depinde icircn mare măsură de cantitatea de energie solară disponibilă icircn locuinţă După cum am constatat mai devreme energia radiantă a soarelui variază cu latitudinea relieful climatul şi obstacolele Luarea unei hotăracircri icircn ceea ce priveşte toate aceste deziderate se numeşte laquodimensionarea unui sistem solarraquo Este important ca apoi să se aleagă echipament cu consum redus deoarece de obicei acest echipament utilizat pentru icircnmagazinarea energiei icircn baterii ocupă mult spaţiu şi este scump Icircn orice caz autonomia acestor sisteme face posibilă evitarea unei munci dificile pentru extinderea reţelei de electrificare Cabanele montane toaletele izolate clădirile fermelor stacirclpii de telecomunicaţii pompele de apă refugiile etc au fost echipate cu sisteme fotovoltaice (generatoare solare)

Activitatea 105 Confecţionaţi-vă propriul carusel alimentat cu energie solară Activitatea 105 Confecţionaţi-vă propriul carusel alimentat cu energie solară Activităţi Construirea unei case şi a unui carusel

bull Perforaţi două găur pe baza pe care se vor afla căsuţa şi caruselul

bull Cu un burghiu faceţi o gaură icircn centrul unecutii Gaura trebuie să aibă diametrul pinionului

bull Desenaţi şi decupati pe un carton pereţii căsuţei 2 dreptunghiuri x (7 cm x 6 cm) şi 2 dreptunghiuri x ( 7 cm x 9 cm) Icircn continuare tăiaţi frontonul la 6 cm

de sol Desenaţi pentru acoperiş două dreptunghiuri de (6 cm x 9 cm)bull Lipiţi icircntre ei pereţii căsuţei şi numai o parte a acoperişului bull Taiaţi un dreptunghi de 2 cm x 35 cm de pe o parte a acoperişului bull Taiaţi două pătrate 3 cm x 3 cm care se lipesc icircmpreună apoi lipiţi-le dedesubt pentru a forma un

piedestal pe care se va lipi motorul Face i conexiunile electrice

bull Conectaţibranşa i cablul electric dublu la polii celulei fotovoltaice apoi stracircngeti cuplajul cu o unealtăfoarfece Icircn continuare lipiti celula de acoper ş şi acoperişul de căsuţă Treceţi firul prin gaură şi lipiţi căsu a de bază Celula trebuie să fie pe acea parte a acoperişului pe care nu cade umbracaruselului

bull Treceţi cablurile de la motor prin cea de-a doua gaură din bază bull Conectati cablurile care provin de la celule la cablurile motorului şi fixaţi-le dedesubtul bazei cu bandă

adezivă bull Lipiţi cu bandă adezivă (nu cu lipici) motorul de suport şi puneţi cutia pe axa motorului Lipi i rola de

carton de la hicircrtia igienică de cutie Verificaţi dacă dispozitivul (caruselul) funcţionează (cu un bec de 100 W sau cu lumina soarelui) Note pentru profesori Această activitate poate fi finalizată icircntr-o şedinţă de 3 ore sau icircn două de cacircte o oră şi jumătate Vezi secţiunea 6c pentru furnizarea de materiale electrice Cunoştinţe necesare Casa este echipată cu un suistem fotovoltaic independent Nu se utilizează baterii Caruselul se icircnvacircrte doar cacircnd este soare Scop Demonstrarea faptului că sistemele fotovoltaice independente produc electricitate iar pentru a avea electricitate cacircnd nu este soare sunt necesare baterii care se icircncarcă cacircnd soarele străluceşte Material Casa şi carusel Carton gros de formă dreptunghiulară de dimensiune 25 cm x 15 cm pentru bază carton pentru casă role de carton de hacircrtie igienică cutii cilidrice de carton sau de lemn Material electric Celule fotovoltaice motoare electrice de mică dimensiune pinioane pentru axele motorului cablu electric bifilar tăiat icircn bucăţi de 20 cm lungime şi dezizolat (cacircte 1 cm la fiecare capăt) bandă izolatoare bec de 100W Instrumente cleşte dezizolator lipici foarfece cutter Cuvinte cheie electricitate circuit celulă fotovoltaică motor soare Abilităţi icircndemacircnare precizie Materii icircn curriculum naţional Ştiinţe şi tehnologie Grupa de vacircrstă 11+ Timp minim necesar pentru terminarea activităţii 3 ore

106 Sisteme conectate la reţea Un acoperiş fotovoltaic conectat la reţea este pur şi simplu o mică centrală electrică instalată cacirct de aproape de locul unde este necesară energia Nu este necesar să icircnmagazinezi electricitate deoarece energia este injectată icircn reţea pentru a fi folosită de alte locuinţe Energia poate fi icircn acest fel cumpărată şi vacircndută Aceasta este o producţie de energie electrică locală şi nepoluantă care poate fi utilizată icircn scopuri personale sau icircn cele ale comunităţii

Panourile fotovoltaice produc energie electrică Un alternator special transformă curentul electric astfel icircncacirct acesta să respecte cu rigurozitate caracteristicile impuse de reţea Se va semna un contract cu firma responsabilă pentru transportul de energie electrică Un contor electric icircnregistrează cantitatea de energie electrica injectată icircn reţea cantitate care va fi platită de către compania de electricitate

Figura 106 Sistem conectat la reţea Activitatea 106 Casa fotovoltaică Activitatea 106 Casa fotovoltaică Activităţi Localizaţi următoarele echipamente Panourile fotovoltaice (PV) alternatorul contorul de măsurare a energiei fotovoltaice produse contorul de măsurare a energiei consumate de la reţea reţeaua receptorii electrocasnici şi numele lor Note pentru profesori Tipurile de sisteme conectate la reţea variază de la o ţară la alta Cunoştinţe anterioare ldquoCasa fotovoltaicărdquo este echipată cu un sistem fotovoltaic conectat la reţea Nu sunt necesare baterii pentru păstrarea electricităţii deoarece electricitatea este icircntotdeauna disponibilă de la reţea chiar şi atunci cacircnd soarele nu străluceste şi panourile fotovoltaice nu produc nimic Un contor măsoară electricitatea produsă de către panouri şi injectată icircn retea Alt contor măsoară electricitatea consumată de la reţea Scop Arătarea diferenţei icircntre sistemele independente şi cele conectate la reţea Material Fotocopii ale următoarei foi de lucru Cuvinte cheie reţea conectat contor injectare de electricitate Abilităţi logică analiză memorie Materii icircn curriculum naţional Ştiinte şi tehnologie Grupa de vacircrstă 11+ Timp minim necesar pentru terminarea activităţii 1 oră

Foaie de lucru ACTIVITATEA 106

Icircn majoritatea caselor individuale sau a blocurilor există spaţiu suficient pentru instalarea panourilor fotovoltaice capabile să producă majoritatea electricităţii consumate anual Figura 107 prezintă energia electrică medie produsă ndash sau energia PV de ieşire ndash pe metru pătrat de panou fotovoltaic Unitatea de măsură este kWhm2 ca şi icircn Harta de Iradiaţie Globală dar acum m2 se referă la suprafaţa modulului şi nu la suprafaţa de teren Producţia anuală de energie electrică al unei centrale fotovoltaice depinde de bull Expunerea la soare a locului (iradiaţia anuală primită) bull Un factor de corecţie bazat pe diferenţa icircn orientare faţă de sud icircnclinarea panourilor faţă de

planul orizontal şi existenţa oricărui fel de zonă umbrită datorată obstacolelor din locul respectiv bull Caracteristicile tehnice ale modulelor (puterea teoretică maximă pe care o pot produce icircn condiţii

standarde de expunere la razele soarelui) şi alternatorului Icircn realizarea hărţii următoare am presupus că se utilizează cele mai obişnuite module fotovoltaice disponibile pe piaţă şi că panourile solare sunt icircndreptate spre sud şi icircnclinate cu 30deg faţă de pămacircnt (condiţii optime de instalare)

Figura 107 Harta energiei fotovoltaice generate

Activitatea 107 Cacirct la sută din electricitate ar putea fi produsă de 10 m2 de panouri fotovoltaice icircn casa mea

Activitatea 107 Cacirct la sută din electricitate ar putea fi produsă de 10m2 de panouri fotovoltaice (PV) icircn casa mea Activităţi Mai icircntacirci să ne facem o idee cacirct de mult soare primeşte casa voastră

1 Determinaţi direcţia (direcţiile) feţelor acoperişului 2 Trasaţi linia orizontului pentru casa voastra (Activitatea 13)

Apoi priviţi mai de aproape consumul de electricitate din casa voastră şi ce suprafaţă de panouri fotovoltaice ar fi necesare pentru producerea acestei electricităţi

3 Consultaţi factura de energie electrică a locuinţei voastre pentru a determina consumul anual de electricitate al familiei voastre Cantitatea (A) va fi dată icircn kWh

4 Localizaţi oraşul satul sau zona pe Harta de Energie Fotovoltaică Generată (pagina următoare) pentru a determina energia totală generată anual disponibilă pe m2 de sistemul fotoltaic clasic Cantitatea (B) va fi dată icircn kWhm2an unde m2 se referă la suprafaţa modulului fotovoltaic (nu la suprafaţa de teren)

5 Calculaţi numărul de metri pătraţi de panouri PV (C) necesar pentru producerea cantităţii de electricitate utilizată icircn casa voastră (C=AB)

6 Calculaţi acum cantitatea de electricitate (D) produsă icircntr-un an de 10 m2 de panouri PV instalate pe acoperişul vostru (D=B10) şi calculaţi cacirct reprezintă icircn din consumul vostru de electricitate (100DA)

Note pentru profesori Paşii 3 4 5 şi 6 pot fi completaţi independent de 1 şi 2 Cunoştinţe anterioare

1 Modulele fotovoltaice se plasează icircn mod obişnuit pe acoperiş sau pe pămacircnt Cel mai bine este ca ele să fie orientate spre sud deoarece vor primi astfel un maxim de energie solară dar este acceptabil să fie orientate şi către est sau vest

2 Modulele fotovoltaice trebuie să aibă o ldquovedererdquo clară Aceasta icircnseamnă că ele trebuie să fie puţin umbrite altfel cantitatea de electricitate produsă va fi semnificativ redusă

3 Este posibil de evidenţiat energia electrică produsă anual pe m2 de sistem fotovoltaic (unitate kWhm2an) Acest lucru a fost făcut icircn Harta de Energie Fotovoltaică Generată presupunacircnd că se utilizează cele mai obişnuite module fotovoltaice că ele sunt orientate spre sud şi că sunt icircnclinate la 30deg faţă de pămacircnt (condiţii optime de instalare)

4 Dimensiunea fizică a sistemului fotovoltaic este dată de puterea electrică cerută 5 Cacircnd o familie decide să utilizeze panouri PV trebuie mai icircntacirci să reducă consumul de energie

electrică astfel icircncacirct să fie satisfăcut de o suprafaţă icircntre 10 m2 şi 20 m2 de panouri Scop Demistificarea sistemelor fotovoltaice Utilizaţi exerciţiile pentru a obţine informaţii cu valoare practică pentru familii Materiale factura de energie electrică a familiei foaia de lucru cu Harta de Energie Fotovoltaică Generată Abilităţi logică analiză calcul Materii icircn curriculum naţional Ştiinţă şi Tehnologie Matematică Geografie Educaţie Civică Grupa de vacircrstă 11+ Timpul minim necesar pentru completarea activităţii 2 ore

Foaie de activitate ACTIVITATEA 107

Activitatea 108 Cum poţi să obţii informaţii Activitatea 108 Cum poţi să obţii informaţii Este dificil să obţii informaţii despre modul de aplicare a tehnologiei fotovoltaice icircn gospodărie sau despre probleme referitoare la energie Există totuşi numeroase surse de informaţie disponibile mai multe dacacirct aţi putea crede Activităţi 1 Gacircndiţi-vă unde veţi putea obţine informaţii despre tehnologia fotovoltaică aplicabilă icircn casa voastră 2 Completaţi Foaia de activitate 108 arătacircnd sursele de informaţie utilizate (DaNu) şi ce preferaţi să

utilizaţi (Pr) Note pentru profesori Cunoştinţe anterioare Informatiile relative la aplicarea tehnologiei fotovoltaice icircn locuinta pot avea efecte economice benefice dacă sunt aplicate Această activitate oferă oportunitatea de a identifica preferinţele elevilor cacircnd caută informaţii şi sfaturi Scop Această activitate simplă are două scopuri 1) ilustrarea multiplelor surse de informare disponibile pentru elevi 2) informarea profesorilor despre sursele de informaţii pe care le preferă elevii Materiale internet carte de telefon Cuvinte cheie consultare energetică furnizare de informaţie Abilităţi căutarea de informaţii punerea de icircntrebări potrivite Materii icircn curriculum naţional Grupa de vacircrstă Foaia de lucru 108

Pr Da Nu Pr Da Nu Asociaţie de consumatori ONG-uri Centre de consultare energetică

Părinţi

Ziua săptămacircna energiei Centre de informare telefonică Expoziţii tacircrguri energetice locale

Biblioteci publice

Seminare cursuri de energetică

Prieteni Bibliotecă scolară Instalatori Profesori din şcoală Internet Muzeul de ştiinţă tehnică Reviste Magazine Producători Programme TV Vecini Companii utilitare

Alte surse de informaţii pe care aţi dori să le utilizaţi 107 Impactul asupra mediului Impactul major este asociat cu producerea celulelor solare şi poate fi minimizat prin reciclarea materialelor Alt impact este cel vizual deoarece modulele fotovoltaice ca şi modulele solare utilizate pentru icircncalzirea apei vor fi vizibile de acoperisurile cladirilor

108 Avantaje şi dezavantaje Electricitatea fotovoltaică are multe avantaje

bull Tehnologia poate fi utilizată aproape oriunde deoarece soarele străluceşte peste tot bull Echipamentul de producţie poate fi aproape icircntotdeauna instalat icircn apropierea locului de

consum evitacircndu-se astfel pierderile de electricitate datorate distribuţiei şi transportului bull Dimensiunea instalaţiei poate fi ajustată cu uşurinţă icircn conformitate cu nevoile şi resursele

disponibile bull Nu există poluare icircn timpul funcţionării Nu sunt emisii de gaze deşeuri risc de accidente

fizice bull Actitivăţile de icircntreţinere şi reparaţii sunt minime deaoarece nu există părţi icircn mişcare

De asemenea electricitatea poate fi produsă local icircncurajacircndu-se astfel autonomia şi descentralizarea Dazavantajele includ

bull Acoperişul clădirii poate să nu fie corect orientat adică spre sud bull Tehnologia este scumpă dar costurile sunt icircn scădere bull Preţul obţinut prin vinderea excesului de energie produsă este mult mai mic decacirct cel al

cumpărării echipamentului astfel icircncacirct generarea icircn exces este remunerată inadecvat

Activitatea 109 Producţia centralizată versus producţia decentralizată de electricitate Activitatea 109 Producţia centralizată versus producţia decentralizată de electricitate ctivităţi Sunt ilustrate două scenarii posibile de producere centralizată şi descentralizată de electricitate Pe fiecare diagramă identificaţi diferitele grupuri producătorii de energie electrică consumatorii de energie electricăşi producătorii şi consumatorii de energie electrică

Note pentru profesori Scenariul centralizat un producător şi mau mulţi consumatori locul de producţie este foarte depărtat de consumatori locul de producţie şi reţeaua de distribuţie sunt vulnerabile Scenariul descentralizat Mai mulţi producători şi consumatori locurile de producere şi consum sunt apropiate şi locale reţelele interconectate garantează solidaritatea distribuţiei Cunoştinţe anterioare Electricitatea poate fi produsă local icircncurajacircndu-se sistele de mici dimensiuni autonomia şi descentralizarea Scop Icircnţelegerea modului de producere a electricitătii şi a soluţiilor posibile Materiale Foi de lucru pentru producerea centralizată de energie şi producerea descentralizată de energie Cuvinte cheie centralizat descentralizat mică dimensiune dimensiuni mari Abilităţi logica analiza Materii icircn curriculum naţional Ştiinţe şi Tehnologie Educaţie civică Istorie Grupa de vacircrstă 11+ Timp minim necesar pentru terminarea activităţii 1 oră

Foaie de lucru ACTIVITATEA 109 SOLUŢII Legendă

Producători Consumatori Producători şi consumatori

Producere centralizată

Producere descentralizată

PRODUCEREA CENTRALIZATĂ DE ENERGIE ELECTRICĂ

Unde sunt producătorii Unde sunt consumatorii Există grupări care conţin şi producători şi consumatori

PRODUCEREA DESCENTRALIZATĂ DE ENERGIE ELECTRICĂ Unde sunt producătorii Unde sunt consumatorii Există grupări care conţin şi producători şi consumatori

109 Perspective Icircn toate ţările europene sistemele fotovoltaice primesc suficientă radiaţie solară pentru a produce majoritatea dacă nu toată electricitatea necesară icircn locuinte De fapt icircn ţările din nordul Europei electricitatea fotovoltaică este mai dezvoltată decacirct icircn cele sud europene Icircn Olanda Germania şi alte ţări nord europene utilizarea energiei fotovoltaice este larg răspacircndită şi se obţin progrese rapide datorită sprijinului politic Icircn aceste ţări mişcarea antinucleară problemele cauzate de industrializarea intensivă şi de marea densitate a populaţiei au condus la creşterea conştientizării problemelor legate de mediu De mult timp oamenii din aceste ţări doresc să utilizeze energii regenerabile Această presiune din partea populaţiei a avut un puternic impact politic şi icircn unele comunităţi cerinţele politice formulate icircn acest sens sunt mai mari decacirct cele ale populaţiei

Icircn Franţa radiaţia solară este bună fiind suficientă pentru producerea de energie solară utilizabilă atacirct la scară redusă (icircn locuinţe) cacirct şi la scară extinsă (centrale electrice) Pacircnă acum costul instalării sistemelor fotovoltaice a fost foarte ridicat şi de aceea energia fotovoltaică nu a fost foarte dezvoltată Dar icircn 2006 s-au stabilit noi tarife pentru a fi primite de persoanele care produc electricitate fotovoltaică şi o exportă icircn reţea şi anume 030 eurocenţikW pentru sistemele fotovoltaice clasice şi 055 eurocenţikW cacircnd panourile solare sunt integrate icircn clădiri Timpul de recuperare al investiţiei se reduce ceea ce va da avacircnt utilizării instalaţiilor fotovoltaice icircn Franta Icircn Romacircnia potenţialul energetic solar rezultă din cantitatea de energie provenită din radiaţia solară care icircn Romacircnia are o valoare medie evaluată la 1100 KWhm2an Distribuţia geografică a potenţialului energetic solar prezintă cinci zone din care zona 0 cu potenţial de peste 1250 KWhm2an iar zona IV cu potenţial sub 950 KWhm2an Radiaţia solară cu valori mai mari de 1200kWhm2an se icircnregistrează pe o suprafaţă mai mare de 50 din suprafaţa totală a ţării Utilizarea potenţialului energetic solar prin sisteme fotovoltaice se face icircn principal pentru alimentarea cu energie electrică a unor consumatori izolaţi cu consumuri mici de energie Potenţialul exploatabil prin sisteme fotovoltaice icircn Romacircnia este apreciat la 1200 GWhan Capacităţile energetice noi pe sisteme fotovoltaice pentru perioadele 2003-2010 şi 2011-2015 este

Perioada 2003-2010 Perioada 2011-2015 Surse regenerabile de energie

Capacităţi noi

Efort investiţional mil euro

Capacităţi noi

Fotovoltaic 150MW 75 95MW 480

Productia prognozata de energie electrica din surse regenerabile de energie pe termen mediu si lung pentru energia solara este

Surse regenerabile de energie 2010 [MW]

2015 [MW]

Energie solară 1860 11600

Icircn Romacircnia la nivelul anului 2006 puterea instalată icircn dispozitive fotovoltaice era de aproximativ 150 kWe din care 50 kWe au fost instalaţi icircn acest an Ţinta de 1500 kWe din 2010 pare greu de icircndeplinit icircn condinţiile legislaţiei actuale Ar icircnsemna să fie instalaţi 450 kwan icircncepacircnd din 2008 ceea ce ar icircnsemna o investiţie medie de 27 milioane de Euroan 1010 Concluzii Potenţialul de generare a electricităţii utilizacircnd lumina soarelui este foarte mare şi preţul aferent devine convenabil pe măsura icircmbunătăţirii tehnologiei şi creşterii preţului electricităţii generate utilizacircnd surse convenţionale cum ar fi combustibilii fosili

Alături de energia eoliană aceste două surse de energie regenerabilă vor deveni icircn viitor modul dominant de generare a electricităţii pe măsura epuizării resurselor de combustibili fosili

Anexă - Educaţia icircn domeniul energiei făcută icircn şcoli Energia icircn curricula şcolară Energia fotovoltaică produce energie şi nu căldură Este foarte important să se facă această distincţie astfel icircncacirct resursele de energie solară şi aplicaţiile lor să poată fi icircnţelese Energia fotovoltaică poate fi introdusă icircn curricula şcolară din multe unghiuri chiar dacă acest lucru nu este citat icircn mod explicit Acolo unde curricula are icircn vedere circuitele electrice explicaţi că celula fotovoltaică este un generator electric care poate icircnlocui o baterie chimică Elevii pot apoi descoperi că există diferite surse de energie electrică care pot fi regenerabile sau neregenerabile Acolo unde curricula are icircn vedere Pămacircntul icircn sistemul solar obiectul studiului icircl constituie lumina umbrele punctele cardinale busola mişcarea aparentă a soarelui Toţi aceşti parametri trebuie luaţi icircn considerare cacircnd vorbim despre energia solară Elevii pot icircn acest fel să se familiarizeze cu noţiunile de bază pe care le vor putea folosi apoi icircn aplicaţiile practice cu generatoare fotovoltaice Activităţile legate de energia fotovoltaică pot servi obiective educaţionale cum ar fi fabricarea de obiecte de către elevi şi organizarea de expoxiziţii icircn şcoală şi icircn biblioteci publicehellip Datele care prezintă descoperirile elevilor prezentate icircn expoziţii pot vectori de comunicare şi informare icircn domeniul energiilor regenerabile Prezentarea şi explicarea de către elevi a proiectelor realizate independent de dimensiunea lor contituie paşi importanţi icircn educaţia icircn domeniul mediului şi le dovedesc că munca lor este importantă Un acoperiş fotovoltaic la şcoală Pe baza activităţilor din acest modul elevii se pot gacircndi la posibilitatea de a instala un sistem fotovoltaic (la şcoală icircn comunitate acasăhellip) Astfel ceea ce icircnvaţă la şcoală poate fi ancorat icircn experienţele zilnice ale elevului şi icircn mediul lui de viaţă Instalarea unui acoperiş fotovoltaic poate fi realizată icircn contextul unui proiect şcolar legat de energie sau de domeniul mai vast al mediului icircnconjurător Un astfel de proiect este util ca instrument care deschide porţile spre multe descoperiri ştiinţifice şi tehnologice şi poate duce la apariţia unei atitudini de ldquoeco-cetăţenirdquo icircn elevi Este un mare cacircştig educaţional să pui icircn funcţiune un proiect atacirct de aproape de şcoală cu participarea studenţilor şi avacircnd un acces uşor la datele de la generatorul fotovoltaic Succesul unui astfel de proiect are nevoie de existenţa unui parteneriat icircntre profesori municipalitate elevi şi studenţi O astfel de instalaţie permite demonstrarea şi efectuarea de lecţii practice icircn domeniul energiilor regenerabile Sunt icircncurajate cercetările icircn domeniul consumului şi economiei de energie iniţiativele locale icircn domeniul energiilor regenerabile şi este promovată descentralizarea producerii de energie Finanţarea poate proveni din diferite surse şi iniţiative şi variază de la o regiune la alta Trebuie desfăşurate proceduri administrative pentru a declara sistemul fotovoltaic şi pentru a-l conecta la reţea pentru ca energia produsă să poată fi cumpărată de către o firmă de distribuţie a energiei Curentul electric economisit şi veniturile de pe urma curentului produs de către sistem vor permite ca cel puţin o parte din costul acestuia să fie rambursat

Situri internet utile

homepowerorg Energie regenerabilă pentru locuinţe şi soluţii durabile millionsolarroofsorg Initiaţiva public-privată de facilitare a vacircnzării şi instalării a

unui million de laquo acoperişuri solare raquo pacircnă icircn 2010

wwwpvportalcom Portal al energiei fotovoltaice Situri Internet utile icircn Romacircnia

bull Organisme guvernamentale

Autoritatea Naţională de Reglementări icircn domeniul Energiei - wwwanrero Agenţia Romacircnă pentru Conservarea Energiei - ARCE - wwwarceonlinero Ministerul mediului şi dezvoltării durabile - wwwmmediuro

bull Asociaţii care nu au statut de organizaţie naţională

Comitetul Naţional Romacircn al Consiliului Mondial al Energiei - wwwcnr-cmero Asociaţia pentru Politici Energetice icircn Romacircnia - wwwaperro

bull Piaţa certificatelor verzi

Operatorul pieţei de energie electrică din Romacircnia - wwwopcomro

bull Promovarea utilizării resurselor de energie eoliană

CESA AUTOMATIC - Racircmnicu Sărat wwwcesaautomaticgoro KLYOS MEDIA - Bucureşti wwwklyosgoroPRIETENII PĂMAcircNTULUI - Galaţi earthfriendsclicknetroALTENERG SRL - Brăila wwwaltenergro

bull Furnizori de sisteme şi echipamente de energie solară

ASON TRADING - Bucureşti wwwasonro MONSSON ALMA SRL - Constanţa wwwmonssonro MANGUS SOL SRL - Bucureşti wwwmangusro NaturaLight SRL - Braşov wwwnaturalightro Ascora Ecoterm SRL - Scorţeni Prahova httpenergia-verdecentrale-cazaneroeolianhtm ACIP MOBILE wwwacipmobilero

bull Instalare service icircn garanţie şi post garanţie

BROTHADOR SRL - Odorheiu Secuiesc wwwsolariaro LP ELECTRIC SRL - Alba Iulia wwwlpelectricro CESA AUTOMATIC - Racircmnicu Sărat wwwcesaautomaticro MONSSON ALMA SRL - Constanţa wwwsolariaro

bull Consultanţă

LP ELECTRIC SRL - Alba Iulia wwwlpelectricro MANGUS SOL SRL - Bucureşti wwwmangusro ENERGO EOLIAN ROMPROIECT - Caracal wwwromproiectro

bull Cercetare

Centrul pentru promovarea energiei curate şi eficiente ENERO wwweneroro Institutul de Cercetare-Dezvoltare pentru Energie ICEMENERG - wwwicemenergro Institutul de Studii şi Proiectări Energetice ISPE - wwwispero Institutul de Cercetări Electrotehnice ICPE - wwwicpero Institutul de Studii şi Consultanţă icircn Energetică - wwwiscero Universitatea Politehnica din Bucureşti UPB - wwwpubro Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare icircn Informatică ICI - wwwiciro

Electronii sunt particole atomice care se rotesc icircn jurul nu

104 Celule şi module fotovoltaice


Perforaţi două găuri pe baza pe care se vor afla căsuţa şi c

106 Sisteme conectate la reţea

107 Impactul asupra mediului

108 Avantaje şi dezavantaje

109 Perspective

Concluzii

Unghiul de elevaţie al soarelui măsoară icircnălţimea de pe cer a soarelui faţă de orizont

Unghiul de azimut indică direcţia soarelui icircn plan orizontal faţă do direcţie de referinţă (de obicei faţă de sud)

Figura 101 Elevatia şi unghiul de azimuth Intensitatea radiaţiei solare variază de asemenea odată cu grosimea masei de aer pe care radiaţia trebuie să o traverseze Dacă soarele este vertical la pracircnz atunci această distanţă are valoarea minimă icircn timp ce dacă soarele este icircnclinat (elevaţie) cu doar 30ordm distanţa de străbătut este dublă Cu cacirct suntem mai la nord cu atacirct elevaţia este mai mică mai ales icircn timpul lunilor de iarnă

Latitudinea şi condiţiile climatice determină un anumit număr de ore pe an icircn care soarele este vizibil pe bolta cerească şi iradiaţia anuală (măsurată icircn kWhm2) Iradiaţia anuală care soseşte pe o suprafaţă orizontală descreşte cu latitudinea după cum se poate vedea icircn Figura 102

Figura 102 Iradiaţia globală

Activităţi

fotoni

electroni

Terenul de joacă

Părinţi

Biblioteci publice

Capacităţi noi

2015 [MW]

bull Consultanţă

bull Cercetare








109 Perspective

Concluzii

Activităţi

fotoni

electroni

Terenul de joacă

Părinţi

Biblioteci publice

Capacităţi noi

2015 [MW]

bull Consultanţă

bull Cercetare








109 Perspective

Concluzii

Activităţi

fotoni

electroni

Terenul de joacă

Părinţi

Biblioteci publice

Capacităţi noi

2015 [MW]

bull Consultanţă

bull Cercetare








109 Perspective

Concluzii

fotoni

electroni

Terenul de joacă

Părinţi

Biblioteci publice

Capacităţi noi

2015 [MW]

bull Consultanţă

bull Cercetare








109 Perspective

Concluzii

fotoni

electroni

Terenul de joacă

Părinţi

Biblioteci publice

Capacităţi noi

2015 [MW]

bull Consultanţă

bull Cercetare








109 Perspective

Concluzii

fotoni

electroni

Terenul de joacă

Părinţi

Biblioteci publice

Capacităţi noi

2015 [MW]

bull Consultanţă

bull Cercetare








109 Perspective

Concluzii

Terenul de joacă

Părinţi

Biblioteci publice

Capacităţi noi

2015 [MW]

bull Consultanţă

bull Cercetare








109 Perspective

Concluzii

Părinţi

Biblioteci publice

Capacităţi noi

2015 [MW]

bull Consultanţă

bull Cercetare








109 Perspective

Concluzii

Părinţi

Biblioteci publice

Capacităţi noi

2015 [MW]

bull Consultanţă

bull Cercetare








109 Perspective

Concluzii

Părinţi

Biblioteci publice

Capacităţi noi

2015 [MW]

bull Consultanţă

bull Cercetare








109 Perspective

Concluzii

Părinţi

Biblioteci publice

Capacităţi noi

2015 [MW]

bull Consultanţă

bull Cercetare








109 Perspective

Concluzii

Părinţi

Biblioteci publice

Capacităţi noi

2015 [MW]

bull Consultanţă

bull Cercetare








109 Perspective

Concluzii

Părinţi

Biblioteci publice

Capacităţi noi

2015 [MW]

bull Consultanţă

bull Cercetare








109 Perspective

Concluzii

Părinţi

Biblioteci publice

Capacităţi noi

2015 [MW]

bull Consultanţă

bull Cercetare








109 Perspective

Concluzii

Părinţi

Biblioteci publice

Capacităţi noi

2015 [MW]

bull Consultanţă

bull Cercetare








109 Perspective

Concluzii

Părinţi

Biblioteci publice

Capacităţi noi

2015 [MW]

bull Consultanţă

bull Cercetare








109 Perspective

Concluzii

Părinţi

Biblioteci publice

Capacităţi noi

2015 [MW]

bull Consultanţă

bull Cercetare








109 Perspective

Concluzii

Părinţi

Biblioteci publice

Capacităţi noi

2015 [MW]

bull Consultanţă

bull Cercetare








109 Perspective

Concluzii

Capacităţi noi

2015 [MW]

bull Consultanţă

bull Cercetare








109 Perspective

Concluzii

Capacităţi noi

2015 [MW]

bull Consultanţă

bull Cercetare








109 Perspective

Concluzii

Capacităţi noi

2015 [MW]

bull Consultanţă

bull Cercetare








109 Perspective

Concluzii

Capacităţi noi

2015 [MW]

bull Consultanţă

bull Cercetare








109 Perspective

Concluzii

Capacităţi noi

2015 [MW]

bull Consultanţă

bull Cercetare








109 Perspective

Concluzii

Capacităţi noi

2015 [MW]

bull Consultanţă

bull Cercetare








109 Perspective

Concluzii

bull Consultanţă

bull Cercetare








109 Perspective

Concluzii

bull Consultanţă

bull Cercetare








109 Perspective

Concluzii

bull Consultanţă

bull Cercetare








109 Perspective

Concluzii

bull Cercetare








109 Perspective

Concluzii

Documents

Sisteme fotovoltaice