Download pdf - echipamente elecrtocasnice - C4

8/6/2019 echipamente elecrtocasnice - C4

http://slidepdf.com/reader/full/echipamente-elecrtocasnice-c4 1/7



2

dezvoltarea, achiziionarea, implementarea şi întreinerea unui astfel de sistem este compensată de independena energetică şi prin conştientizarea faptului că respectiva aciune are efectefavorabile asupra mediului.

Principalele moduri de utilizare a unui astfel de sistem sunt:- regimul „stand alone” - caracteristic zonelor izolate, când utilizatorul nu este conectat la

reelele de distribu

ie a energiei

- regimul „mixt” – care permite utilizarea sistemului de generare pentru acoperirea par ială a necesităilor de consum, iar consumatorul este conectat la reea. Un sistem individualconectat la reeaua energetică, permite injecia de energie suplimentară în reeauafurnizorului de energie produsă convenional.

Microsistemele folosite curent pot fi:

- microsisteme electrice de tip solar- microsisteme energetice eoliene- microhidrosisteme

- microsisteme hibride (solare şi eoliene).

1. Microsisteme electrice de tip solar

Aceste sisteme electrice solare (fotovoltaice) reprezintă o soluie fiabilă şi nepoluantă pentru locuine şi birouri. Utilizarea lor devine tot mai avantajoasă întrucât preul de achiziie alcomponentelor active scade permanent. Din acest punct de vedere sunt recomandabile pentruzone în care nu există linii de alimentare cu electricitate şi unde ar fi prea costisitor sau chiarimposibil să se instaleze astfel de linii.

La instalarea unor sisteme electrice solare trebuie să se aibă în vedere criteriul latitudiniigeografice şi cel de relief întrucât zonele meridionale (sudice) sau formele de relief orientate spre

sud primesc cea mai mare cantitate de energie solară. O aplicaie directă este utilizareatehnologiei de conversie fotovoltaică pentru iluminatul exterior.

După cum s-a arătat anterior, principiul de conversie al energiei radiaiilor solare înenergie electrică are la bază efectul fotoelectric. Pentru a fi eficiente, modulele grupate încâmpuri de tip matrice ( şiruri şi linii de panouri solare) trebuie să permită generarea unei puteriunitare cuprinse între 10 –30W. Un număr de 10-20 asemenea panouri pot asigura necesarul deenergie pentru o locuină individuală medie.

Structura unui microsistem electric solar cuprinde următoarele componente principale:- Celule solare

- Module şi panouri de celule solare- Câmpuri ( formate din module sau panouri)

- Componenete şi echipamente suplimentare

A. Celule solare

Principalul parametru care descrie performanele unei celule solare este randamentulconversiei luminii solare în electricitate.



3

Materialele utilizate

Siliciul ca material semiconductor de bază intră în componena celulelor solare subdiferite forme cum ar fi: siliciu monocristalin, siliciu multicristalin, siliciu policristalin, siliciuamorf. Coeficientul de absorbie al unui material indică adâncimea de pătrundere a radiaiei cu oanumită lungime de undă ( energie) înainte de a fi absorbită complet de respectivul material.

Materialele utilizate în structura celulelor solare nu permit absorbia radia

iilor a c

ăror

energie este inferioară intervalului energetic ( banda interzisă) cuprins între banda de conducie şicea de valenă.

Peliculele subiri reprezintă o nouă soluie tehnologică prin care se realizează celulesolare din diferite materiale necristaline. Acestea pot înlocui cu succes unele materiale deconstrucii cum ar fi:

- panouri pentru acoperişuri cu dublu rol ( generator de electricitate + hidroizolaie);- igle şi plăci pentru acoperirea şi izolarea construciilor;- panouri şi plăci pentru faade;- materiale pentru luminatoare şi atriumuri.

Aceste materiale reprezintă o piaă în creştere având o serie de caracteristici şi avantaje ca deexemplu:

- Creşterea efectului estetic prin integrarea armonioasă în ansamblul elementelor uneiconstrucii

- Rolul dublu ( generator de energie nepoluantă şi material izolant pentru clădiri)- Durabilitate ( rezistenă la factorii de mediu).

Dezavantajele constau ( în prezent) în randamentul mai scăzut şi preul mai ridicat al acestorelemente în comparaie cu celulele solare realizabile din materiale semiconductoare clasice.

B. Module si panouri de celule solareIn comparaie cu o celulă solară individuală, un modul sau un panou solar se compune dinurmătoarele elemente:- o placă frontală transparentă, de regulă un geam de sticlă

- un strat din material de rigidizare ( acetat de etil, de vinil) care are rolul de a stabilizaplaca de sticlă, celulele solare şi placa posterioară)

- un strat din material de etanşare ( o foaie din polimer) împotriva pătrunderii apei şigazelor

- un cadru-suport din aluminiu

Parametrii energetici ai modelelor şi panourilor solare sunt:- puterea maximă Wp definită în condiii de laborator pentru nivele de ridicate de iluminare,cureni de aer favorabili şi temperatură scăzută a celulei solare (aceste conditii sunt atipicepentru situaii reale);

- temperatura de lucru normală a celulei ( Normal Operating Cell Temperature, NOCT) –reprezintă temperatura de lucru a modulului ( panoului) solar corespunzătoare atingeriiunui prim echilibru termic fată de o anumită valoare a temperaturii mediului. Putereamaximă debitată în acest caz are o valoarea apropiată de cea reală, mai redusă decât Wp.



4

- Standardul AMPM – reprezintă performanele realizate de un panou solar în condiiisimilare cu cele normale. De exemplu, în locul orelor de „maximă„ radiaie se ia în calculo medie a radiaiei solare pe întreaga durată a zilei- lumină ( sau o medie practică globală), în funcie de nivelele de iluminare, temperatură, masă de aer.

În locuinele situate în locuri însorite se pot folosi panourile solare. Panoul din fotografie

asigură 375W la o dimensiune de 75x51 inch. Invertorul DC-AC este montat pe spatele panoului,astfel încât panoul să poată fi conectat la instalaia electrică a casei. Panourile se pot conecta înparalel. Garania panoului este de 25 de ani. Pentru o eficienă maximă se pot monta sisteme careurmăresc soarele şi poziionează panoul spre soare. Panourile se livrează cu sisteme de montarepe acoperiş.

Fig. 1. Un panou solar

C. Câmpuri solare

Pentru microsistemele solare, cea mai uzuală structură de câmp utilizează module saupanouri fotovoltaice plane. Acestea sunt fie fixe, fie orientabile după mişcarea aparentă asoarelui. Cele mai simple câmpuri sunt formate dintr-un număr de panouri fixe. Avantajeleprincipale ale unui câmp de panouri fixe sunt:

- lipsa elementelor în mişcare- nu sunt necesare echipamente suplimentare- structurile au greutate redusă

Aceste caracteristici permit utilizare lor în numeroase amplasamente, inclusiv acoperişurilelocuinelor. Deoarece panourile au o poziie fixă faă de suportul pe care sunt montate, orientareacătre soare este rareori optimă. Prin urmare, energie electrică produsă raportată la unitatea desuprafaă activă este mai redusă în comparaie cu cea obinută de la un câmp de panouri

orientabile. Acest dezavantaj î şi pierde din importană dacă se consideră costul mai ridicat al unuicâmp orientabil.

Performa e energetice

Câmpurile de panouri solare pot furniza cantitatea de energie specificată în anumite condiii defuncionare. Există o serie de factori care trebuie considerai la determinare performanelorenergetice:

- caracterizarea performanelor electrice ale celulei solare



5

- determinarea factorilor de degradare referitori la proiectarea si asamblarea câmpurilor depanouri

- transpunerea factorilor de mediu în nivelul temperaturilor de funcionare ale celulelorsolare

- calcularea puterii disponibile a câmpurilor de panouri solare.Cantitatea de electricitate furnizat

ăpoate fi definit

ăde unul sau mai multe criterii de performan

ă

cum sunt:

• Puterea debitată - puterea ( W) disponibilă asigurată - definită fie ca putere de vârf (maximă), fie ca putere medie produsă într-o zi

• Energia debitată - energia ( Wh) produsă într-o perioadă de timp. Parametrii specificisunt: energia specifică raportată la unitatea de suprafaă ( Wh/m2), energia specifică raportată la unitatea de masă ( Wh/kg) şi energia specifică raportată la cost Wh/lei)

• Randamentul conversiei – definit ca raport între „energie debitată de panouri” şi „energiaabsorbită de la soare” exprimat procentual. Acest parametru ser regăseşte şi subdenumirea de randament de putere, fiind egal cu raportul dintre „puterea utilă debitată deizolaie” şi „puterea absorbită de la soare” exprimat tot procentual.

Prin unificarea criteriilor calitative şi de performană ale sistemelor fotovoltaice în vedereasatisfacerii cerinelor consumatorilor, diferite organisme de specialitate ( IEEE, IEC, ASTM)elaborează normative şi standarde pentru aceste sisteme.

D. Componente şi echipamente suplimentare

Aceste componente şi echipamente vin în completarea panourilor solare şi echipează înmod difereniat microsistemele energetice solare (fotovoltaice) în funcie de cele 3 varianteconstructive principale: conectate la reea, izolate (stand alone) şi hibride.

Componentele şi echipamentele suplimentare utilizate în mod curent sunt:- suporturi şi feronerie pentru panouri;- cablaje şi conectori electrici;- echipamente electronice de putere ( de exemplu invertoare);- baterii de acumulatoare ( opional);- grup generator pe benzină ( stand- by).Oportunitatea instalării şi întreinerii unui sistem solar depinde de condiiile locale şi seimpune o analiză atentă a consumurilor şi consumatorilor domestici pentru ca o deciziefavorabilă să aibă în vedere atât de aspectele tehnice cât şi de cele economice.

2. Generarea curentului cu turbine hidroelectrice

Începând de la 1000 de dolari sunt disponibile mici turbine hidroelectrice care arată ca înfotografia de mai jos şi pot alimenta o casă (sau pot completa energia folosită de o casă). Pentruaceasta este nevoie de un flux constant de apă pentru a asigura generarea curentului la parametriide catalog ai generatorului. De exemplu generatorul din figura 2 poate asigura maximum 1500W.Există pe internet mici programe care calculează puterea care se poate obine funcie de înălimeade la care cade apa şi debitul cursului de apă. Puterea obinută este produsul între înălimea



6

căderii apei (în metri), debit (litri pe minut) şi eficiena producerii energiei. Astfel: 0,3m x378litri/min x 0.09 = 90 watts

Se pot obine uşor puteri mici necesare de exemplu încărcării unor baterii, dar pentrualimentarea unei case este nevoie de un curs important şi constant de apă.

Fig. 2. Asigurarea alimentării cu energie electrică a unei locuine folosind turbina hidroelectrică

3. Generarea curentului prin turbine de vânt

Această metodă se poate folosi în locuri cu vânt puternic, deci mai puin în locuine. Serecomandă în reşedine situate la înălimi mari sau pe lângă ocean sau mare. Turbina poate genera400W la o viteză a vântului de 45km/h.

Fig. 3. Turbina eoliana de 20 MW



7

Fig. 4. Schema generală a unei turbine eoline cu viteza constantă

Costurile unei turbine eoliene variază între 1000-3000$ per kW. Turbinele coninândbaterii de stocare şi invertor costă între 13000 – 40000 $. De exemplu Asociaia Americană

pentru Energie Eoliană (American Wind Energy Association) comercializează turbine de vânt de10 kW cu 32000 $, în timp ce un panou solar care furnizează aceeaşi energie costă în jur de80000 $.

4. Obiectivele gestionării şi economiei de energie electrică

1. Micşorarea consumului de energie pentru micşorarea costurilor;2. Micşorarea vârfurilor de sarcină pentru evitarea riscurilor de supraîncălzire a traseelor;3. Furnizarea de informaii asupra consumului de energie (utilizabile de exemplu pentru plata

energiei consumate sau pentru detectarea unor defecte);4. Mărirea siguranei în funcionare;5. Cerinele de economie de energie trebuie să asigure cel puin meninerea confortului.