Using solar energy. Applications and Laboratory

In prezent, in contextul cresterii alarmante a poluarii cauzate de producerea energiei din arderea  ombustibililor fosili, se impune in mod stringent reducerea dependentei de acesti combustibili. In acest sens, promovarea energiilor curate, verzi, reprezinta solutia adecvata la problema energetica globala. De altfel, sursele regenerabile de energie cuprind o serie de forme de energie rezultate din procese naturale regenerabile, acolo unde ciclul de producere are loc in perioade de timp comparabile cu perioadele lor de consum, la momentul de fata, energia solara, energia eoliana, energia geotermica, energia mareelor sau energia derivata din biomasa, fiind vazute ca si alternative viabile, capabile sa limiteze efectele poluarii si incalzirii globale, sau chiar sa le stopeze.

Aici, se cuvine sa amintim doua aspecte importante si imbucuratoare, referitoare la tara noastra:

(a) in fata Comisiei Europene, Romania si-a asumat ca pana in anul 2020, 24% din consumul total de energie sa fie din surse regenerabile, tinta cuprinzand atat energia electrica si termica, cat si carburantii. Ea a si fost atinsa de altfel - la 1 ianuarie 2014 -, dupa cum a comunicat, la acel moment, Autoritatea Nationala de Reglementare in Energie.

(b) in Romania, in anul 2015, energia verde a generat 12,5% din productia totala a Romaniei, prin intermediul turbinelor eoliene, panourilor solare si centralelor pe biomasa. Totusi, intreaga paleta a cunoasterii, despre ceea ce este si ceea ce inseamna energia verde, are o importanta hotaratoare pentru viitorul economiei statelor lumii si a mediului inconjurator. De aceea, definitorie este educatia pentru energie verde, care trebuie sa faca parte integranta din curriculumul scolar, cu scopul declarat de a pregati cetateni responsabili si bine informati pe subiectele de interes ale energiei. In acelasi timp, educatia pentru energie verde trebuie sa ofere un raspuns la provocarile majore actuale (combaterea poluarii, limitarea schimbarilor climatice) si sa instruiasca tanara generatie in abordarea problemelor societale, dezvoltand - in special - initiativa responsabila si gandirea critica a elevilor si studentilor, atat in medii de invatare formale, cat si in cele non-formale, urmarindu-se astfel promovarea unor dezbateri colocviale pe teme controversate, dar si a sesiunilor de argumentare care - de regula - sunt insotite de posibile solutii propuse de elevi si studenti, sub indrumarea cadrului didactic.

Aspecte specifice energiilor regenerabile, integrarea modulelor fotovoltaice in cladiri - ca si elemente energetice si arhitecturale - consumatorii activ energetic, abordarile legate de orasele inteligente ale viitorului in care energia verde joaca un rol esential, reprezinta reale provocari pentru cadrul didactic si elevi / studenti, care indeamna la dezvoltarea cunoasterii si care presupun viziune, intelegerea fundamentelor stiintifice, clarificarea rolului cercetarii si inovarii, participarea activa in calitate de cetateni responsabili.

De altfel, Comisia Europeana a fost cea care a supus atentiei conceptul de Cercetare Responsabila si Inovare, concept care a castigat foarte mult in vizibilitate in ultima decada, evoluand din discursul Stiinta si inovare cu si pentru societate, implementat de catre Uniunea Europeana in Programul Cadru 7 pentru Inovatie si Cercetare, cu scopul definit de a incuraja activitatile inovationale adresate in directia solutionarii problemelor sociale, si avand drept viziune obiectivele Strategiei Europa 2020. In fapt, Cercetarea Responsabila si

Inovarea reprezinta o paradigma care intai de toate, propune o investitie mai eficienta in cercetare si inovare, mai cu seama in contextul actual (cel a unor bugete austere), concentrandu-se in acelasi timp asupra provocarilor sociale globale, cum ar fi: schimbarile climatice, siguranta alimentara, siguranta energetica etc.

Venind in intampinarea actorilor educationali interesati de domeniul energiei solare, lucrarea de fata incearca sa faciliteze intelegerea problematicii specifice, propunand o abordare didactica, care pleaca de la definirea soarelui ca si sursa inepuizabila de energie, continua cu prezentarea sistemului fotovoltaic si a modului in care se realizeaza conversia energiei solare in energie electrica, respectiv in energie termica, si se incheie cu descrierea unor aplicatii de laborator, care exploateaza dimensiuni ale cercetarii responsabile, precum: implicarea (participarea activa a formabililor in procesul de experimentare), educatia stiintifica (instrumentarea formabililor cu un set coerent de cunostinte si capacitati necesare pentru participarea responsabila in procesul de experimentare si trasare a concluziilor), accesibilitatea (asigurarea transparentei si accesului la rezultatele experimentelor, in vederea stabilirii unor moduri de valorificare adecvata la nivelul societatii), etica (respectarea si valorificarea principiilor eticii in procesul de experimentare), guvernanta (constientizarea rolului pe care il au decidentii politici in ceea ce priveste promovarea si implementarea rezultatelor cercetarii din domeniul energiei solare, in politici si strategii care sa conduca la imbunatatirea calitatii vietii). In fapt, energia solara reprezinta una dintre cele mai accesibile forme de energie, fiind considerata o amprenta energetica a oraselor inteligente ale viitorului, cu un suport tehnologic impresionant pentru conversia acesteia in energie electrica si termica, dar si cu un potential important de a fi studiata in mediul educational, definindu-se astfel intr-un element cheie al dezvoltarii durabile.

Autorii

Cuvant inainte/ 9

1. Soarele – sursa regenerabila de energie /13

1.1. Caracteristici generale /14

1.2. Soarele – in istorie /15

1.3. Radiatia solara – notiuni de baza /18

1.4. Contextul actual de utilizare a energiei solare /22

Bibliografie/ 28

2. Energia fotovoltaica/ 29

2.1. Celula solara – sursa de energie/ 30

2.2. Realizarea celulelor solare/ 34

2.3. Conexiunile electrice ale celulelor solare /43

2.4. Influenta orientarii si inclinarii celulei PV fata de pozitia aparenta a Soarelui/ 48

2.5. Celula PV – generator de energie si/sau element de arhitectura /49

Bibliografie/ 54

3. Energia solara termica /55

3.1. Captatoare solare plane/58

3.2. Aplicatii ale captatoarelor solare / 60

Bibliografie/ 63

4. Aplicatii de laborator /64

4.1. Contextul propus de paradigma Cercetarii Responsabile si Inovarii/ 64

4.2. Determinarea pozitiei Soarelui fata de o suprafata inclinata / 71

4.3. Masurarea radiatiei solare /76

4.4. Determinarea parametrilor de functionare a celulelor fotovoltaice in conditii diferite/ 80

4.5. Determinarea randamentului de functionare a unui captator solar fara concentrarea radiatiei /87

4.6. Determinarea temperaturii maxime de stagnare pentru un captator solar /94

4.7. Determinarea randamentului instalatiei solare termice pentru apa calda /97

4.8. Transferul de caldura printr-un panou fotovoltaic/ 101

Bibliografie/107

Anexe/ 112