SISTEME TEHNICE AGRICOLE BAZATE PE ENERGIE SOLARĂ

Amelitta LEGENDI, conf.univ.dr.ing., U.T.C.B.

Moto: Energia regenerabilă - alternativă la combustibilii fosili ABSTRACT This paper focuses the importance of the renewable energies and their real importance nowadays in replacing, step by step, the most part of fossil fuels use. The plan solar panels are exposed in the beginning along with a classification scheme. A technical system driving an immersion water pump based on renewable energy is presented and explained. The use of this system is applied in some ground farm irrigation, the immersion pump being driven by a plan solar panel placed in the circuit.

1. ARGUMENT 1.1. Date specifice

Sisteme tehnice solare complexe au fost utilizate în Egipt pentru irigaţii încă din 1907-1913. Pe teritoriul României, durata medie anuală de însorire este de 1500…2400 ore/an. Mai mult

de jumătate din suprafaţa ţării noastre beneficiază de un flux mediu anual de peste 1000 kW/m2/an. În ţara noastră există preocupări reale pentu captarea şi utilizarea energiei solare prin

intermediul unui Program Energetic Naţional (PEN). Direcţiile de folosire a energiei solare în domeniul agriculturii se concretizeză în producerea

de energie electrică pentru asigurarea necesarului de apă dulce, irigaţii, încălzirea halelor industriale ale unor ansambluri agro-zootehnice, uscarea nutreţurilor, prepararea apei calde menajere, etc.

1.2. Structura lucrării

Fig. 1. Structura lucrării

Argument

Panouri solare. Structurare

Sistem de irigaţie la sol bazat pe mini-centrale fotovoltaice

Sisteme de acţionare a mini-pompelor de apă submersibile

Concluzii 1.

2.

3. 4.

5.

2. PANOURI SOLARE (PS). STRUCTURARE

Fig. 2. Structurare panouri solare

Panoul solar este un echipament de captare a luminii solare în scopul producerii energiei termice. Energia solară captată depinde direct de înclinarea şi orientarea captatorului/panoului solar pe direcţia razelor soarelui. Unghiul de înclinare a PS faţa de orizontală este considerat a fi optim în intervalul 300…550. Suprafaţa activă a panoului trebuie orientată, pe cât posibil, căte sud [2].

2.1. Panouri solare termice cu ţevi din cupru

Fig. 3, a. Colector solar plan – schemă de principiu [3]

1-raze solare; 2-geam securit; 3-conductă din cupru prin care circulă agentul temic; 4-placă neagră absorbantă; 5-spaţiu realizare efectul de seră; 6-folie de aluminiu; 7-izolaţie termică

Fig. 3, b. Panou solar (PS) plan

Panoul solar termic cu ţevi de cupru utilizează simultan fenomenul absorbţiei solare de către

corpurile negre şi efectul de seră. Agentul termic, ce trece prin conducta de cupru, circulă în interiorul schimbătorului de căldură amplasat într-un rezervor de apă, încălzind apa până la 1000 C.

Recomandate-preparare apă caldă menajeră

GRAVITAŢIONALĂ

PANOURI SOLARE (PS)

FOTO-VOLTAICE (PLANE)

II

Colectoare / PS plane-

cu absorber din ŢEVI de cupru

I.1

Colectoare / PS cu

TUBURI vidate din STICLĂ- cu circulaţie apă

I.2

FORŢATĂ (sub presiune)

Cu Materiale de uz general (semiconductoare)

II.1

Cu Nano-materiale (policristaline)

II.2

TERMICE I

2.2. Panouri solare termice cu tuburi vidate din sticlă

Fig. 4,a. Panou solar cu tuburi vidate din sticlă-părţi componente

1-strat izolator; 2-înveliş rezervor apă; 3-rezervor interior; 4-izolare împotriva îmbâcsirii; 5-tuburi vidate ale colectorului plan; 6-capac rezervor apă; 7-izolare din cauciuc; 8-mecanism alimentare cu apă; 9-tablă reflectorizantă; 10-cadru

Fig. 4,b. Panou solar (PS) [8]

Panourile cu tuburi vidate din sticlă (fig. 4) au caracteristica principală mărită cu aprox. 30%

faţă de colectoarele plane clasice cu ţevi metalice (Cu, Al). Fiecare tub termic este alcătuit din două tuburi concentrice din sticlă borosilicată, foarte rezistentă şi cu grad mare de transparenţă, sudate între ele. Spaţiul dintre aceste tuburi se videază.

Tubul vidat funcţionează pe baza sistemului clasic de termos, păstrând căldura primită de la soare. Temperatura din interior ajunge la 1500 C, exteriorul tubului menţinându-se rece.

2.3. Panouri fotovoltaice (PV) plane

Fig. 5. Panou fotovoltaic PV [9] a. PV plan b. sistem unitar de panouri, PV-sistem

Energia solară fotovoltaică este energia produsă prin celule fotovoltaice solare, care convertesc lumina soarelui direct în energie electrică (c.c.).

Panourile fotovoltaice PV (fig. 5) sunt structuri de celule fotovoltaice elementare grupate în module conţinând aprox. 40 de celule. Performanţa unei celule PV se măsoară în funcţie de intensitatea curentului electric produs. Primele celule fotovoltaice au fost produse în anul 1950 şi aveau un randament de 4%. Astăzi se utilizează a 3-a generaţie de panouri PV, ale căror celule au o eficienţă de 20%. Se estimează că, în următorii câţiva ani, valoarea acestei eficienţe va marca o creştere semnificativă. Panourile PV pot fi montate sub un unghi fix de expunere, orientate către sud, sau pe un dipozitiv autoreglabil de urmărire a soarelui, ce permite captarea luminii în decursul întregii zile. Panourile solare fotovoltaice sunt interconectate în scopul formării unui singur panou unitar, PV-sistem (fig. 5), de dimensiuni mai mari. 3. SISTEME DE ACŢIONARE A MINI-POMPELOR DE APĂ SUBMERSIBILE

Mini-pompele de apă submersible sunt echipamente de înaltă performanţă, capabile să asigure necesarul de apă pentru irigarea unor suprafeţe agricole şi să alimenteze aspersoarele din teren la aceeaşi valoare a presiunii de intrare. Astfel, se pot folosi în mod optim rezervele de apă din pânza freatică a zonei respective.

3.1. Sistem termic pentru acţionarea pompelor de apă submersibile

Fig. 6. Sistem termic de pompare apă; captator plan şi agent frigorific special 1-captator solar plan cu agent frigorific special; 2-micro-turbină; 3-condensator; 4-circuit condensator agent

frigorific; 5-pompă recirculare agent frigorific; 6-micro-pompă apă; 7-sursă apă; 8-rezervor acumulare apă

1 5 3

7

6

2 4 8

3.2. Sistem fotovoltaic pentru acţionarea pompelor de apă submersibile

Combinaţia sistem fotovoltaic – pompă submersibilă (fig. 7) este utilizată, în special, în zonele izolate, fără conectare la reţeaua electrică.

În timpul zilei, sistemul fotovoltaic acţionează pompa submersibilă, care alimentează cu apă conducta port-duze a sistemului de irigare. Presiunea apei furnizate este de aprox. 1 bar.

Pe durata nopţii, sistemul poate fi funcţional prin folosirea unui bazin de retenţie pentru stocarea necesarului de apă.

Fig.7. Sistem fotovoltaic pentru acţionarea pompelor de apă submersibile [9]

Sistemele fotovoltaice pentru irigaţii au avantajul că sunt simple, nepoluante, pot fi utilizate

fără a necesita un acces permanent pentru întreţinere, sunt eficiente şi performante. Aceste sistme de irigare se pot aplica la culturi agricole, sere, ferme, micro-ferme.

4. SISTEM DE IRIGAŢIE LA SOL BAZAT PE MINI-CENTRALE FOTOVOLTAICE

Sistemul tehnic solar produce energie electrică simultan, atât în curent continuu (c.c) - pentru alimentarea directă a unor consumatori precum: surse de iluminare, computere, unele aparate de uz casnic - , cât şi în curent alternativ (c.a.) - obţinut de invertor şi controler, pentru alimentarea echipamentelor electrice casnice sau industrial (fig. 8).

Surplusul de energie poate fi stocat în acumulatori specifici sau poate fi furnizat în reţeaua Sistemului Energetic Naţional (SEN), aflată în proximitate.

Fig. 8. Mini-centrală Fotovoltaică

Mini-centrală Fotovoltaică de cca 2000 W putere

Nr. curent sistem Componente sistem Caracteristici

termice Cantitate

buc. 1 Panou fotovoltaic policristalin 240 W 8

2 Cablu electric solar 4 mm2 10 6 mm2 30

3 Controler solar – încărcare acumulator 40A 1

4 Acumulator 12 V 240 Ah 2

5 Consumator curent continu (c.c.) 12V 6 Invertor c.c.-c.a. 2000W 1 7 Consumator curent alternativ

Fig. 9. Sistem de irigare cu pompă de apă submersibilă, alimentată cu panou PV

PV (1)

(2)

(4) Ac (6) Inv

(7) CCA

(5) CCC

220V

c.a.

PV (1)

PV (1)

(3) CIA

12V

c.c.

Irigarea se realizează cu două sisteme de aspersiune existente: aspersiune la sol şi aspersiune aeriană (suspendată) (fig. 10).

Fig. 10. Sisteme de irigare prin aspersiune [5] Pentru aspersiunea la sol se folosesc materiale de calitate superioară (conductă, bandă,

furtun pentru aspersiune). Aspersiunea suspendată se utilizează pe suprafeţe mari de teren, unde topografia şi solul o permit. Una dintre cele mai răspândite forme de astfel de sisteme este cea cu pivot mobil, cu braţ şi furtun port-aspersoare (fig. 11).

Fig. 11. Aspersiunea aeriană (suspendată) [7]

a. aspersiune suspendată, pe suprafeţe mari b. tambur furtun cu motopompă

Pentru sere se foloseşte un sistem de cadre fixe port-aspersoare suspendate (fig. 12)

Fig. 12. Sistem de irigaţii cu cadre fixe pentru sere [6]

Pentru exploatarea eficientă a suprafeţelor mari sau a fermelor, instalaţiile de irigare se

automatizează în totalitate.

5. CONCLUZII Energia solară care atinge suprafaţa Pământului este liberă, nelimitată în spaţiu şi timp, şi

gratuită. Energia solară nu produce practice poluare - în principal, emisii de dioxid de carbon (numit

şi gaz poluant). Comparativ cu arderea combustibililor fosili, sistemele tehnice solare (STS) nu produc emisii toxie, fum, noxe, mirosuri neplăcute Această sursă de energie se impune în zonele izolate de reţeaua electrică – terenuri agricole,

localităţi rurale, zone de munte. Sistemele tehnice solare (STS) nu necesită realizarea de structuri constructive de amploare,

ca în cazul centralelor electrice (CET) sau nucleare (CEN). Uşor de monitorizat, STS permit comanda completă de la distanţă Irigaţiile clasice consumă peste 70% din apa dulce; ca urmare, au fost realizate şi date în

folosinţă sisteme tehnice de irigaţii care reduc consumul cu 1/3 prin automatizare totală (de ex.: micro-aspersoarele) În ţara noastră este constituită o Societate Română de Energie Solară (SRES) În anul 2050 populaţia Terrei va creşte cu 50%, cu efect imediat asupra creşterii consumului

de energie Populaţia săracă, care, în momentul de faţă, nu are acces la energie şi nu dispune de

echipamente electrice, electrocasnice şi electronice, constituie un viitor segment consumator de energie ce va contribui la creşterea consumului global de energie

Bibliografie

[1] Drăgan, V., Burghiu, V. Energiile regenerabile şi utilizarea acestora. Ed. Ceres, Bucureşti, 2012, ISBN 978-973-40-0951-0

[2] Legendi, Amelitta Energia solară. Articol în revista Monitorul AROTEM nr.2/2003, ISSN 1582-0335 [3] Legendi, Amelitta Procese mecanice şi energetice. Suport curs, profil ethnic: formarea continuă a

cadrelor didactice în învăţământul preuniversitar, publicat la DPPD-UTCB, 2008 [4] Themebl, A., Weib, W. Instalaţii solare- Proiectare şi construcţie. Ed.MAST, Bucureşti, 2008, ISBN 978-

973-8011-9-6 [5] * * * Prospect firmă Agro Kit Solaris SRL [6] * * * Prospect firmă Irigare Europa SRL [7] * * * Prospect firmă Grupo Chamartin SA [8] * * * Prospect firmă Agent Trade SRL [9] * * * Prospect firmă Altius Fotovoltaic