Tehnica solara

Tehnica solara

Putine domenii tehnice au avut o evolutie asemanatoare tehnicii solare. Si asta din motive lesne de inteles.

Tot mai multi oameni inteleg ca resursele de energie fosila, precum carbunele, gazele naturale si petrolul vor fi epuizate intr-un viitor nu foarte indepartat, iar la arderea acestora se emana in cantitati mari dioxid de carbon, gaz responsabil pentru incalzirea globala. Resursele se diminueaza, iar preturile la petrol ating noi si noi recorduri. Astfel, in ultimii 15 ani, pretul petrolului s-a triplat. Folosirea energiei nucleare nu este totdeauna bine-venita, unele tari chiar luand decizia de a renunta la aceasta - cum este cazul Germaniei. Riscurile folosirii acestui tip de energie sunt ridicate si mai ales inlaturarea deseurilor radioactive este un capitol inca neclarificat. Se cauta deci noi solutii la problema producerii de energie. Surse regenerative precum cele solare, eoliene sau biologice devin astfel din ce in ce mai interesante. In acest context s-a calculat ca soarele ne va mai livra energie inca multe miliarde de ani de acum incolo. Numai in Germania, energia solara existenta excede necesarul total de peste 80 de ori. Energia solara ce cade pe o suprafata orizontala se situeaza in medie in jurul a 1000 kWh/mp pe an. In sudul Germaniei, o latura de acoperis situata spre sud, cu o inclinatie de 30o, poate capta 1350 kWh/mp. Pentru aceasta nefiind nevoie nici macar ca soarele sa straluceasca la maxim, putandu-se folosi si lumina difuza, prezenta in proportie de peste 50% in timpul unui an. Un slogan spune: "Soarele nu ne trimite niciodata factura".

Pentru folosirea energiei viitorului exista doua posibilitati tehnice. Razele solare pot fi transformate in energie electrica si in energie termica. Astfel, exista instalatii solare termice, care transforma razele solare in energie termica folosita la incalzirea apei menajere. Ele se compun din colectori solari, depozitori termici, un circuit de tevi si un regulator. Colectorii capteaza razele solare si transporta caldura catre un mediu portant. De regula, acest sistem se foloseste pentru incalzirea apei menajere, dar se poate folosi si pentru instalatia de incalzire, sau - in cel mai simplu caz - la incalzirea apei piscinei. Colectorii sunt instalati de regula pe acoperis, asigurand astfel alimentarea cu apa calda a unei gospodarii pe o perioada lunga din an, acoperind doar putini metri patrati.

Tehnologia, asupra careia dorim sa ne uitam mai atent, este aceea de captare si transformare a energiei solare in energie electrica cu ajutorul instalatiilor fotovoltaice. O astfel de instalatie este compusa de regula din mai multe module care transforma razele solare in curent electric. Un astfel de modul este compus din mai multe celule fotovoltaice. Pentru acestea se foloseste siliciu monocristalin sau policristalin, in functie de procedeul de productie. Ele se compun din straturi din material semicoductor dotat in mod diferit (de exemplu cu fosfor, arsen, bor sau iridiu), care au proprietatea de a transforma lumina solara direct in tensiune electrica fara a se consuma. Aceasta proprietate se numeste efect fotovoltaic, iar tehnica, ce a preluat aceasta denumire, este fotovoltaica (PV). Principiul consta in producerea unei tensiuni electrice intre celula asupra careia cad razele solare si cea care este plasata in spatele ei. Prin acest circuit trece curent electric. Pana de curand aproape toate celulele solare erau facute din siliciu. Cea mai mare cota de piata o au celulele din siliciu monocristalin si policristalin, care sunt produse prin taiere din blocuri de siliciu de 12,5 x 12,5 cm si o grosime de 0,3 mm. Ele dau un randament destul de bun de 18% respectiv 16%. Celulele din siliciu amorf (cota de piata de 20%), care sunt produse cu mai putin material si deci si mai ieftine, au un randament de doar 7,5%, care se mai diminueaza ca grad de randament al modulului. Siliciul amorf poate fi aplicat ca strat cu o grosime de doar cateva miimi de milimetru pe un substrat. Produse pe suprafete mari, ele reduc astfel necesarul de circuite dintre celule, ceea ce permite o mai buna folosire a suprafetei. Astfel, sunt posibile solutii eficiente din punct de vedere economic si cu aceasta tehnologie. Pentru ambele tipuri de celule, producatorii ofera o garantie de 20 pana la 25 de ani. Alte tehnologii, precum cea cu cadmiu-telurid sau cupru-indiu-selenid (CIS, CIGS), care de asemenea pot fi aplicate in straturi subtiri, au jucat un rol secundar pana acum, ele fiind folosite doar la scara mica.

Pentru a produce curent electric, ce poate fi folosit, se cupleaza de regula 36 pana la 72 de celule. Dar, celula care este expusa celei mai reduse intensitati ale luminii solare decide asupra fluxului de curent si cu aceasta asupra randamentului intregului modul. De aceea, deja mici conuri de umbra pot limita puternic randamentul. Aceasta, cu atat mai mult, cu cat in practica sunt cuplate de regula pana la patru "strings", acestea fiind cablate intre ele.

Instalatiile fotovoltaice sunt folosite de sine statatoare sau cuplate. Sistemele de sine statatoare sunt cele de dimensiuni mici, ca de exemplu cele din domeniul camping-ului sau cele pentru semnele de circulatie, care au nevoie de un acumulator reincarcabil. Instalatiile de dimensiuni mai mari, pe acoperisuri sau fatade, sunt folosite cuplat la reteaua electrica, pentru a o alimenta cu energia astfel produsa. Pentru aceasta, curentul electric produs de instalatia fotovoltaica cu o tensiune de 400 V, trebuie convertit in curent alternativ cu tensiune de 230 V. Aceasta conversie se face cu ajutorul unui aparat, care face cam 15-20% din investitia totala, necesara pentru un sistem de marime medie, fiind singura componenta supusa unui anumit grad de uzura. Pe deasupra, prin el se si pierd anumite procente din energia produsa.

Prin legea surselor de energie regenerativa (EEG), intrata in vigoare in Germania in anul 1990, care garanteaza preturi mari pentru energia electrica produsa din raze solare pentru cel putin 20 de ani, aceasta energie nu se foloseste de regula de catre producator, ci se vinde pentru un pret de 3 pana la 6 ori mai mare decat cel obisnuit.

O lege adoptata in 2004 permite bonificare cu pana la 50 de centi pe kilowatt/ora, ceea ce a sporit atractivitatea acestor instalatii, aducand industriei energiei solare cresteri de 100% si dificultati de furnizare pe masura. In afara de programe de finantare locale, de exemplu, nu exista alte facilitati, iar creditele oferite de Kreditanstalt fr Wiederaufbau (www.kfw.de) au dobanzi medii. Datorita primelor de alimentare a retelelor publice, astfel de instalatii se amortizeaza in decurs de 10-15 ani, aducand beneficii nete pentru inca 10 ani. Marimea medie pe care investitorii privati sunt dispusi sa o finanteze - tendinta fiind crescatoare - este de 2-5 kWp. kWp este prescurtarea pentru "kilowatt peak", insemnand randamentul maxim al unei instalatii, care bineinteles este posibil doar atunci cand lumina este optima si clima temperata. In zile cu nori, ceata sau zapada scade randamentul, putand ajunge la pana la zero kWh in unele zile. Pentru 1 kWp este nevoie de o suprafata colectoare de 10 mp, iar in conditii bune de spatiu (cum este de exemplu valea Rinului, directionare spre sud, inclinatie de 30-40^o) se poate ajunge la un randament de pana la 1000 kWh. Pentru o instalatie completa pentru 3 kWp trebuie calculata o investitie de circa 15.000 euro.

TVA-ul neinclus in acest calcul este de regula returnat de catre administratia financiara. In Germania, veniturile obtinute cu ajutorul acestor instalatii sunt insa impozitate. Datorita conditiilor deosebit de favorabile din aceasta tara ar trebui construite mult mai multe astfel de instalatii.

Din pacate insa, posibilitatile de livrare ale "industriei solare" sunt inca destul de limitate.

Pe de alta parte, tocmai montarea unor astfel de instalatii constituie un domeniu de activitate interesant si lucrativ. Daca la inceput, aici activau aproape numai firme din domeniile electrica, incalzire si sanitare, cercul de firme creste din ce in ce mai mult. In special firme din domeniul montarii de ferestre sunt familiare cu tehnicile de montare folosite la modulele fotovoltaice montate pe acoperisuri sau fatade.

De aceea se ofera training-uri speciale pentru cei interesati, cum ar fi cele ale academiei comerciale pentru tehnica ferestrelor si fatadelor din Karlsruhe. Acolo se predau si tehnicile de vanzare, pe langa bazele fotovoltaicii.

Lucrarile electrice ar trebui facute in cooperare cu firme specializate. In orice caz, tehnica solara presupune considerarea tuturor aspectelor, atat pentru cei ce o instaleaza cat si pentru cei ce o utilizeaza ulterior.