Măsurători în energia solară; Mărimi fizice folosite, metode de măsurare

Combustibilii solizi, lichizi sau gazoşi pot fi caracterizaţi printr-o serie de mărimi, printre care amintim: puterea calorică, conţinutul de umiditate, cantitatea de cenuşă ce rezultă din arderea lor, temperatura de aprindere ş.a.m.d. Puterea calorică a unui combustibil reprezintă energia degajată cu ocazia arderii complete a unui kilogram din combustibilul respectiv. Puterea calorică se măsoară în Joule/kg în cadrul combustibililor solizi şi lichizi, şi în Joule/m³ în cazul combustibililor gazoşi, ea exprimând în acest caz energia degajată cu ocazia arderii unui metru cub din combustibilul respectiv, aflat în condiţii normale de presiune şi temperatură.

Experienţa acumulată de utilizatorii de combustibili a permis construirea unor aparate care măsoară cu mare precizie puterea calorică şi constau, în principiu, dintr-o cameră în care se realizează arderea completă a combustibilului şi dintr-un calorimetru care măsoară cantitatea de energie degajată cu ocazia arderii combustibilului.

Într-o situaţie similară se află şi cel care încearcă să utilizeze energia solară, el având nevoie de mărimi care să caracterizeze această energie, precum şi capacitatea dispozitivelor sale de a utiliza această energie.

Soarele reprezintă un corp sferic, incandescent cu raza de 6,95·15⁵ km, situat la o distanţă medie de 1,4945·10⁸ km de Pământ. Suprafaţa Soarelui are o temperatură efectivă de 5.762 K, corespunzătoare puterii ce soseşte de la Soare pe limita superioară a atmosferei. 

Unde poate fi folosita energia solara?

Domeniile de utilizare a energiei solare sunt determinate de principalele tipuri de conversie la care se pretează această formă de energie.

După tipul de conversie, este posibilă următoarea clasificare:

-         conversia fototermică,

-         conversia fotomecanică,

-         conversia fotoelectrică,

-         conversia fotochimică.

In ceasta lucrare vom prezenta doua exemple relativ simple si deosebit de  eficiente, de conversie fototermica directa si  mecanica ,cu ajutorul asa numitului efect de horn.

În cazul conversiei fototermice, adică a termoconversiei directe a energiei solare, se obţine căldură înmagazinată în apă, abur, aer cald, alte medii (lichide, gazoase sau solide). Căldura astfel obţinută poate fi folosită direct sau convertită în energie electrică, prin centrale termoelectrice sau prin efect termoionic, poate fi folosită prin transformări termochimice sau poate fi stocată în diverse medii solide sau lichide.

Domeniile de utilizare ale energiei obţinute prin termoconversie directă se pot clasifica astfel:

 

Industrial	Casnic	Energetic
Apă, abur, aer, încălzite pentru utilizări tehnologice	Climatizare de vară şi iarnă, apă caldă menajeră, stocare în medii diverse	Energie electrică prin efect termoionic, centrale termoelectrice, pile de combustie

 

Conversia fotomecanică se referă la echiparea navelor cosmice destinate călătoriilor lungi, interplanetare, cu aşa zisele „pânze solare”, la care, datorită interacţiei între fotoni şi mari suprafeţe reflectante, desfăşurate după ce nava a ajuns în „vidul cosmic”, se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie.

Conversia fotoelectrică directă se poate realiza folosind proprietăţile materialelor semiconductoare din care se confecţionează pilele fotovoltaice. Problema a fost complet rezolvată la nivelul sateliţilor şi al navelor cosmice, dar preţurile, pentru utilizările curente, sunt încă prohibitive.

Conversia fotochimică priveşte obţinerea pilelor de combustie, precum şi utilizările indirecte, prin intermediul plantelor (fotosinteza) sau a transformării produselor de dejecţie animalieră.

După domeniul de utilizare avem o clasificare generală:

Utilizări industriale şi în agricultură	directe	- cuptoare solare   - uscătorii solare - încălzitoare solare - distilerii solare - desalinizarea apei de mare
	indirecte	- transformarea în energie mecanică   - transformarea în energie electrică
Utilizări casnice	- climatizare de iarnă şi vară   - apă caldă menajeră - frigidere solare - sobe de gătit solare - pile solare
Utilizări cosmice	- nave cu pânze solare

Utilizările actuale şi de perspectivă ale energiei solare pornesc de la două aspecte contradictorii, generate de calităţile şi de defectele acestei forme de energie primară: calităţi – gratuită, nelimitată, nepoluată, independentă de alţi parteneri – şi defecte – dispersă, discontinuă şi capricioasă, necesitând importante modificări tehnologice, adică investiţii cu durată de amortizare lungă.

Un alt aspect se referă la utilizarea energiei solare în combinaţie cu alte forme de producere a energiei, de exemplu cu obţinerea biogazului din biomasă, îmbinarea energiei solare cu energia hidraulică, cu energia eoliană, cu energia termoelectrică clasică.

Nu este permis să se scape din vedere o altă faţetă a problemei şi anume, stocarea energiei, întrucât, cu rare excepţii, necesităţile cele mai mari de energie nu coincid temporal cu intervalul când ea poate fi obţinută prin captarea energiei solare.

Stocarea nu este însă o problemă rezolvată, deşi marile grupe de cercetare din diverse ţări au dezvoltat unele sisteme, începând cu stocarea căldurii în medii lichide sau solide, stocarea sub formă de energie mecanică în volanţi de mari dimensiuni, stocarea chimică, stocarea hidraulică ş.a.

Este de remarcat că în actualul complex de împrejurări, utilizările posibile sunt mult mai variate, depinzând de inventivitate, de spiritul tehnic al utilizatorilor, de cei care câştigă cursa în această întrecere a obţinerii de energie.

Soluţii definitive şi de mare randament nu sunt de aşteptat să apară decât după 1990, mai sigur în jurul anului 2000, dar până atunci orice economie de combustibili clasici, orice utilizare de forme alternative de energie înseamnă un răgaz dat omenirii pentru a ajunge să-şi reorganizeze şi readapteze economia la noua situaţie creată.

Surse geotermale in Romania

Depresiunea Panonica ce cuprinde zona de vest a tarii noastre, incluzand Banatul si vestul Muntilor Apuseni si teritoriul Ungariei si al fostei Iugoslavii este o zona bogata in zacaminte geotermale.

In jurul municipiului Oradea s-au facut foraje si s-au exploatat in scopuri terapeutice apele geotermale de peste 100 de ani. In ultimul sfert de veac s-au initiat actiuni sistematice de prospectare si evaluare atat a zacamintelor geotermale, cat si a zacamintelor de hidrocarburi din aceasta parte a tarii. Prin acestea s-a constatat ca in Campia de Vest, in toate formatiunile geologice se gasesc straturi acvifere cu capacitati si proprietati termofizice foarte variate.

Fluxurile termice la suprafata au valori de ordinul a 85 MW/m², mai mari decat acelea din alte zone. Cel mai important sistem acvifer termal al Depresiunii Panonice il constituie sistemul din baza panonianului superior, evidentiat prin sondaje. Apele din acest sistem se manifesta in general eruptiv, datorita continutului ridicat de gaze dizolvate.

Nivelul termic al apelor geotermale din zona de vest a tarii este redus: 30 – 90 ⁰C. Din aceasta cauza, acestea pot fi utilizate in special in scopuri terapeutice, prepararea apei calde menajere etc.

In municipiul Oradea si in judetul Bihor se furnizeaza apa calda menajera pentru 800 de apartamente, se incalzesc 12 apartamente, bai, sere legumicole, stranduri, piscine, hoteluri.

In judetul Timis, apa geotermala este utilizata pentru topitorii de in, pentru incalzire, pentru scopuri terapeutice, pentru prepararea apei calde menajere.

Exploatarea surselor geotermale din tara cu scopul producerii energiei electrice este imposibila, intrucat un generator geotermal presupune o presiune initiala foarte mare si temperaturi ale fluidului de lucru de peste 150 ⁰C.