Introducere

Energia solara reprezinta una din potenţialele viitoare surse de energie, folosita fie la inlocuirea definitiva a surselor convenţionale de energie cum ar fi: carbune, petrol, gaze naturale etc, fie la folosirea ei ca alternativa la utilizarea surselor de energie convenţionale mai ales pe timpul verii, cea de a doua utilizare fiind in momentul de faţa cea mai raspândita utilizare din intreaga lume.

Poate cel mai evident avantaj, in vederea utilizarii acesteia, pe care il are, este acela de a nu produce poluarea mediului inconjurator, deci este o sursa de energie curata; un alt avantaj al energiei solare este faptul ca sursa de energie pe care se bazeaza intrega tehnologie este gratuita.

Utilizarea energiei solare apare din timpurile istoriei ca prezenta in viaţa oamenilor sub diferite forme: arma, curioziotate, utilizare efectiva; astfel in secolul al III-lea i.H., matematicianul grec Arhimede (287 – 212 i.H.) a aparat cetatea Siracuza (Sicilia) de atacuri, cu ajutorul unor oglinzi uriase care orientau fasciculele de lumina focalizata spre navele inamice, incendiindu-le.

In 1767, apare si termenul de energie termo-solara, când omul de stiinţa eleveţian Horace de Saussure a inventat „cutia fierbinte”, in fapt cel dintâi colector solar iar in 1830 astrologul Sir John Hershel utilizeaza „cutia fierbinte” pentru a gati in timpul unei expediţii in sudul Africii ori in anul 1891 când are loc patentarea primului sistem comercial de incalzire a apei de catre Clarence Kemp.

Dintre toate sursele de energie care intra in categoria surse ecologice si regenerabile cum ar fi: energia eoliana, energia geotermala, energia mareelor; energia solara se remarca prin instalaţiile simple si cu costuri reduse ale acestora la nivelul unor temperaturi in jur de 100°C, temperatura folosita pentru incalzirea apei cu peste 40 grade peste temperatura mediului ambiant, instalaţii folosite la incalzirea apei menajere sau a cladirilor. De aceea, este deosebit de atractiva ideea utilizarii energiei solare in scopul incalzirii locuinţelor si se pare ca acesta va fi unul dintre cele mai largi domenii de aplicaţie a energiei solare in urmatorul secol. Tehnologia echipamentului pentru instalaţiile solare de incalzire a cladirilor este deja destul de bine pusa la punct intr-o serie de ţari ca Japonia, S.U.A., Australia, Israel, Rusia, Franţa, Canada si Germania.

Conversia si captarea energiei solare

Moduri de conversie a energiei solare

Formele de energie si formele de conversie a acestora
in funcţie de etapele de conversie si utilizare, energia are formele urmatoare:

Energie primara (Aceasta energie este recuperata din natura)
Finita (combustibili clasici)
Regenerabila
Energie secundara definita ca forma de energie obţinuta prin conversia energiei primare si care poate fi folosita intr-o gama larga de aplicaţii (energie electrica, mangalul, carbunele sortat de calitate superioara, lemnul de foc taiat si spart etc.)
Energie finala reprezinta energia obţinuta prin conversia energiei secundare intr-un motor ,cazan , calculator, bec…
Energia utila se obţine prin conversia energiei finale si este energia efectiv inglobata intr-un produs sau exclusiv utilizata pentru un serviciu.
Formele primare pot fi grupate astfel:

Surse convenţionale (clasice): sursele care s-au impus prin folosire indelungata (combustibili fosili, deseurile combustibile)
Surse neconvenţionale : surse care nu au o folosire indelungata (energie nucleara, energie primara regenerabila cu cele trei forme: energie solara, energie geotermala, energia data de miscarea planetelor).
Sursele regenerabile (reinnoibile) sunt sursele care se regenereaza pe masura ce sunt consumate. Sursele regenerabile de energie sunt radiaţia solara, energia geotermala si energia data de miscarea planetelor din Sistemul Solar.

Cel mai mare aport de energie primara este adus de radiaţia solara ce ajunge in straturile superioare ale atmosferei terestre. Aproximativ 30% din radiaţia primita de pamânt este reflectata in spaţiul cosmic de catre nori si suprafaţa terestra iar restul de 70% este absorbita ea regasindu-se in caldura aerului, a apei, in caldura latenta de evaporare a apei din mari si oceane si de pe suprafaţa de uscat umedă; se regaseste in biomasa datorita proceselor de fotosinteza din plante.

Caldura absorbita de aer si apa este remisa in cele din urma sub forma de radiaţii infrarosii (IR) spaţiului inconjuratur.

Caldura latenta de evaporare a apei este deasemenea eliberata prin condensare.

Energia geotermala produce un flux de energie comparativ mic dinspre litosfera spre atmosfera si oceane prin conducţia caldurii. Din aceasta energie numai 1% se regaseste in vulcani sau in câmpuri geotermale active.

Miscarea planetelor din sistemul solar se regaseste disipata in mareele din oceane. Fluxurile de energie generate de radiaţia solara si celelalte doua surse in mediului inconjurator al omului sunt fluxurile naturale de energie secundara care sunt mult mai mici decât fluxurile rezultate prin transferul direct de enegie de la lumina solara. Aceste fluxuri de energie naturala sunt:

Energia potenţiala si cinetica a cursurilor de apa
Vânturile, valurile si energia cinetica a curenţilor oceanici
Energia solara absorbita prin fotosinteza din biomasa
Cele mai importante fluxuri naturale de energie din mediul inconjurator direct al omului, ce pot fi exploatate sunt:

Radiaţia solara absorbita la nivelul scoarţei terestre
Vânturile care transporta aer fierbinte si umed spre poli si aer rece si uscat catre ecuator
Conversia energiei solare in alte forme de energie
Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia in alte forme de energie, conversii care sunt:

conversia fototermica

care prezinta o mare importanţa in aplicaţiile industriale (incalzirea cladirilor, prepararea apei calde de consum, uscarea materialelor, distilarea apei etc.). in cazul conversiei fototermice, adica a termoconversiei directe a energiei solare, se obţine caldura inmagazinata in apa, abur, aer cald, alte medii (lichide, gazoase sau solide). Caldura astfel obţinuta poate fi folosita direct sau convertita in energie electrica, prin centrale termoelectrice sau prin efect termoionic; poate fi folosita prin transformari termochimice sau poate fi stocata in diverse medii solide sau lichide.

conversia fotomecanica

care prezinta importanţa deocamdata in energetica spaţiala, unde conversia bazata pe presiunea luminii da nastere la motorul tip „vela solara”, necesar zborurilor navelor cosmice. Conversia fotomecanica se refera la echiparea navelor cosmice destinate calatoriilor lungi, interplanetare, cu asazisele „pânze solare”, la care, datorita interacţiei intre fotoni si mari suprafeţe reflectante, desfasurate dupa ce nava a ajuns in „vidul cosmic”, se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie.

conversia fotochimica

care poate prin doua moduri sa utilizeze Soarele intr-o reacţie chimica, fie direct prin excitaţii luminoase a moleculelor unui corp, fie indirect prin intermediul plantelor (fotosinteza) sau a transformarii produselor de dejecţie a animalelor. Conversia fotochimica priveste obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai sus.

conversia fotoelectrica

cu mari aplicaţii atât in energetica solara terestra, cât si in energetica spaţiala. Conversia fotoelectrica directa se poate realiza folosind proprietaţile materialelor semiconductoare din care se confecţioneaza pilele fotovoltaice. Problema a fost complet rezolvata la nivelul sateliţilor si a navelor cosmice, dar preţurile, pentru utilizarile curente, sunt inca prohibitive.
Captarea energiei solare – Domenii de utilizare
Energia solara cu ajutorul diverselor instalaţii se utilizeaza in toate domeniile de activitate si pentru diferite procese cum ar fi: cel mai raspândit pentru incalzirea apei menajere, pentru producerea de curent electric, pentru uscarea lemnului, pentru desalinizarea apei etc. Energia solara se foloseste in diverse activitaţi cum ar fi:

Utilizari directe in industrie si agricultura
  cuptoare solare

  uscatorii solare

  incalzitoare solare

  distilerii solare

  desalinizarea apei de mare

Utilizari indirecte in industrie si agricultura
  transformarea in energie mecanica

  transformarea in energie electrica

Utilizari casnice
  climatizare de iarna si vara

  apa calda menajera

  frigidere solare

  sobe de gatit solare

  pile solare

Utilizari cosmice