Introducere
Energia regenerabilă se conturează ca ,,viitorul”, iar noi, ca locuitori ai acestei planete expuse la numeroase surse de poluare, suntem chemați să depunem eforturi maxime pentru a proteja spațiul în care trăim, atât pentru generația prezentă, cât și pentru cele viitoare. O tendință tot mai evidentă este orientarea tot mai accentuată a oamenilor către panouri solare sau sisteme fotovoltaice. Cu toate acestea, mulți nu sunt conștienți că aceste două concepte nu sunt interșanjabile și, deși ambele reprezintă surse de energie regenerabilă, există diferențe semnificative între ele.
Este esențial să înțelegem că, în efortul nostru de a adopta soluții sustenabile, panourile solare și sistemele fotovoltaice nu sunt sinonime. Diferențele dintre aceste tehnologii pot influența semnificativ eficiența, costurile și funcționarea lor în contextul specific al utilizatorului.
Prin această direcție către energie regenerabilă, ne asigurăm că contribuim la reducerea amprentei noastre de carbon și la protejarea resurselor naturale pentru generațiile viitoare. Este important să fim informați și să facem alegeri responsabile pentru a susține tranziția către un viitor mai sustenabil.
Diferențele dintre panourile solare termice și fotovoltaice
Cum funcționează?
Panourile solare termice
Ceea ce este comun denumit “panouri solare” ar trebui să fie exprimat mai detaliat. Denumirea corectă este “panou solar termic”, sau alternativ, “colector solar”. Ambele descriu dispozitive care captează radiațiile solare și le transformă în energie termică. Această energie termică acumulată poate fi utilizată pentru încălzire, răcire și producerea de apă caldă.
Panourile solare termice au o istorie bogată, putând fi conectate chiar la vechile civilizații, cum ar fi romanii. Mai târziu, Leonardo da Vinci a dezvoltat conceptul unei parabole capabile să concentreze energia solară. Cu toate acestea, panourile solare termice, așa cum le cunoaștem în prezent, au fost inventate de către Horace-Bénédict de Saussure în 1767. Acest om de știință elvețian a utilizat o structură similară unei oale captusite, pe care a reușit să o încălzească la o temperatură de 109 °C.
Astfel, evoluția acestor tehnologii a avut loc de-a lungul secolelor, și astăzi, panourile solare termice reprezintă o modalitate eficientă și sustenabilă de a exploata energia solară în beneficiul nevoilor noastre energetice.
În linii generale, tehnologia sistemelor tehnice solare constă în trei elemente principale: panoul solar, schimbătorul termic și rezervorul de stocare. Panoul solar este responsabil pentru captarea energiei solare, în timp ce schimbătorul termic facilitează circulația fluidului care ulterior va fi transferat în rezervorul de stocare.
Un aspect definitoriu al întregului sistem îl reprezintă circulația fluidelor. Distincția fundamentală se face între circulația naturală, care utilizează radiatoare și se bazează pe conceptul fizic al convecției, și circulația forțată. Circulația naturală tinde să genereze o cădere mai mare de presiune, exploatați principiile convenției termice. În schimb, circulația forțată se bazează pe acțiunea senzorilor electrici, care evaluează temperatura fluidului pentru a activa sau dezactiva pompele de circulație.
O subcategorie specifică a circulației forțate este reprezentată de circulația de golire. În acest caz, sistemul funcționează doar atunci când soarele strălucește, cu condiția ca rezervorul să nu fi atins încă temperatura dorită. Această abordare asigură o utilizare eficientă a energiei solare, concentrându-se pe perioadele în care aceasta este disponibilă în mod optim.
Panourile fotovoltaice
Conceptul de sistem fotovoltaic poate fi înțeles mai bine prin utilizarea terminologiei din domeniul ingineriei energetice. Din punct de vedere tehnic, panourile fotovoltaice sunt dispozitive optoelectronice, adică capabile să interacționeze cu lumina.
Mai în detaliu, panourile fotovoltaice absorb energia solară și o transformă în energie electrică. Acest proces se bazează pe ceea ce se numește efect fotovoltaic, un fenomen care apare atunci când un foton (particula elementară de lumină) este absorbit de un electron, determinându-l să treacă din banda de valență a unui semiconductor în banda de conducție. Primele cercetări care au condus la posibilitatea dezvoltării sistemelor fotovoltaice datează din a doua jumătate a secolului al XIX-lea, când știința începuse să exploreze reacțiile chimice induse de lumina. În acea perioadă, Charles Fritz, un cercetător american, a creat o celulă solară cu o eficiență de conversie de aproximativ 1%.
Cu toate acestea, modulele fotovoltaice comerciale au devenit realitate abia în anii 1960. Sharp a fost prima companie care le-a produs, urmată de alți jucători importanți din industria tehnologică. Această evoluție a deschis calea pentru utilizarea extinsă a panourilor fotovoltaice în producerea de energie electrică din surse regenerabile.
Un sistem fotovoltaic este compus din module, care, la rândul lor, se bazează pe celule solare, cunoscute și sub denumirea de celule fotovoltaice. Panourile fotovoltaice disponibile pe piață sunt, în general, alcătuite dintr-un număr cuprins între 48 și 96 de celule fiecare.
Modulele fotovoltaice necesită ca aceste celule să fie conectate la o rețea care să dirijeze electronii. Fiecare celulă este conectată la celelalte, permițând crearea de circuite atât în serie, cât și în paralel.
Procesul de realizare a modulelor necesită siliciu mult mai pur decât cel găsit în mod obișnuit în natură. În sine, procesul de purificare a oxidului de siliciu are un impact semnificativ asupra costului produsului finit.
De asemenea, diferitele tipuri de prelucrare a siliciului permit o distincție clară între diversele tehnologii de fabricație a panourilor fotovoltaice. Cele cu celule de siliciu monocristalin sunt cele mai eficiente (cu o eficiență de 18-21%) și, în același timp, cele mai scumpe. Pe de altă parte, cele cu celule de siliciu policristalin reduc eficiența la 15-17%, dar sunt mai ușor de produs și, în consecință, mai accesibile din punct de vedere economic.
Cum alegem cea mai potrivită variantă și care sunt diferențele?
Un alt aspect crucial de luat în considerare la alegerea între panourile solare termice și cele fotovoltaice este eficiența. În panourile solare termice, eficiența se stabilizează în medie în jurul valorii de 80%. În schimb, în cazul panourilor fotovoltaice, aceasta variază în funcție de tehnologia utilizată, situându-se între un minim de aproximativ 8% și un maxim de aproximativ 25%.
Un alt factor important este ciclul de viață al sistemului fotovoltaic, care, în medie, este mai lung decât cel al sistemului solar termic. În primul caz, vorbim de aproximativ 30 de ani de garanție, în timp ce în al doilea caz, garanția se situează în jurul a aproximativ 20 de ani.
De asemenea, panourile fotovoltaice tind să fie mai costisitoare. Prețurile sunt calculate pe metru pătrat, iar panourile fotovoltaice au un cost semnificativ mai ridicat în comparație cu panourile solare termice. Este important să echilibrăm beneficiile energetice cu costurile asociate pentru a face alegerea potrivită în funcție de necesitățile specifice și bugetul disponibil.
Dacă discutăm despre diferențele dintre panourile solare și cele fotovoltaice, este important să evidențiem următoarele aspecte:
Suprafața Expusă:
Panourile Fotovoltaice: Necesită o suprafață expusă cât mai mare pentru a obține un randament maxim în producerea de energie electrică.
Panourile Solare: Necesită o suprafață proporțională în funcție de cantitatea de căldură sau apă caldă ce urmează să fie produsă.
Funcționare în Condiții Meteo Diferite:
Panourile Fotovoltaice: Produc energie chiar și în condiții meteorologice nefavorabile, nu depind de prezența directă a soarelui.
Panourile Solare: Funcționează doar pe baza radiației solare directe și nu generează curent electric; eficiente, dar necesită radiație solară directă.
Versatilitate și Durabilitate:
Panourile Fotovoltaice: Sunt mai versatile și durabile în comparație cu panourile solare, având o gamă mai largă de aplicații.
Panourile Solare: Recomandate în special pentru producerea de apă caldă și încălzirea spațiilor, însă pot fi integrate eficient în sistemele fotovoltaice cu ajutorul dispozitivelor inteligente, cum ar fi Fronius Ohmpilot.
Independența Energetică și Durata de Viață:
Scopul energiei verzi este să asigure independența energetică.
Ambele tipuri de panouri au o durată de viață de aproximativ 20 de ani, dar randamentul acestora va scădea odată cu trecerea timpului, influențat de mediu și procesul de montaj.
Consumatorii sunt cei care iau decizia finală, bazată pe informații precise, pentru a face o alegere care să le satisfacă necesitățile și să le ofere beneficii pe termen lung.
Avantaje ale Energiei Fotovoltaice:
Simplu și Eficient:
La nivelul centralelor electrice, designul sistemelor fotovoltaice este mult mai simplu decât cel termic. Centralele fotovoltaice constau din mai multe panouri solare conectate în paralel și în serie, comparativ cu generarea de energie electrică în sistemele termice, care implică transmiterea energiei dintr-un fluid fierbinte către un generator.
Versatilitate și Durată de Viață:
Sistemele fotovoltaice de uz casnic sunt mult mai versatile decât cele termice și pot alimenta o varietate mai mare de aparate. Acestea au, de asemenea, o durată de viață mai mare.
Dezavantaje ale Energiei Fotovoltaice:
Intermitența:
Sistemele fotovoltaice suferă de intermitențe în generarea de energie din cauza modelelor solare. Stocarea energiei electrice nu este considerată o opțiune eficientă din cauza pierderilor de energie asociate.
Avantaje ale Energiei Termice Solare:
Stocare Eficientă a Căldurii:
Centralele termice solare nu convertesc direct energia solară în energie electrică, ci includ întotdeauna un rezervor de apă pentru stocarea căldurii. Acest aspect le conferă o eficiență sporită în ceea ce privește stocarea energiei.
Simplu și Eficient la Scară Mică:
Tehnologia solară termică pentru uz casnic este mai puțin complicată decât cea fotovoltaică, iar generarea de energie pentru uz rezidențial poate varia de la sisteme termice la sisteme fotovoltaice.
Eficiență în Spațiu:
Panourile solare termice sunt mai eficiente în spațiu, oferind un avantaj în cazurile în care spațiul disponibil este limitat.
Dezavantaje ale Energiei Termice Solare:
Limitată la Producerea de Căldură:
Sistemele termice solare sunt specializate în producerea de căldură și nu convertesc direct energie solară în energie electrică, ceea ce le face mai puțin versatile în comparație cu sistemele fotovoltaice.
Modul de funcționare al panourilor solare termice este relativ simplu și se bazează pe absorbția și transformarea radiației solare în căldură. Iată principalele etape ale funcționării acestor panouri:
Absorbția Radiației Solare:
Panourile solare termice sunt expuse la radiația solară. Aceste panouri sunt echipate cu colectoare sau absorbitori care conțin un fluid termic, de obicei, apă amestecată cu glicol pentru a preveni înghețarea în perioadele reci.
Absorbția Energiei Solare:
Colectoarele solare termice sunt proiectate să absoarbă cât mai multă energie solară posibil. Absorbitorii din interiorul colectoarelor sunt de obicei vopsiți într-o culoare neagră sau într-o nuanță închisă pentru a maximiza absorbția luminii.
Transformarea Energiei în Căldură:
Atunci când radiația solară este absorbită de colectoare, aceasta încălzește fluidul termic (apă sau alt agent termic). Energia termică generată poate fi folosită direct pentru încălzirea apei pentru uz casnic, încălzirea spațiilor sau pentru alte aplicații care necesită căldură.
Circulația Fluidului Termic:
Fluidul termic încălzit circulă printr-un sistem de conducte și ajunge la un schimbător de căldură. Aici, căldura este transferată către un alt fluid (de obicei, apa) care poate fi folosită în diferite scopuri, cum ar fi furnizarea de apă caldă menajeră sau încălzirea sistemului de încălzire central.
Stocare Termică (opțional):
În unele sisteme, energia termică generată poate fi stocată pentru utilizare ulterioară. Aceasta se realizează prin intermediul rezervoarelor termice sau a altor materiale de stocare a căldurii, permițând utilizarea energiei solare chiar și atunci când soarele nu strălucește.
Prin acest proces, panourile solare termice aprovechează radiația solară pentru a produce căldură, oferind astfel o sursă sustenabilă și eficientă de energie termică pentru diverse aplicații. Este important să menționăm că panourile solare termice sunt mai eficiente în climatul lor optim, unde sunt expuse la cantități semnificative de radiație solară.
Panourile fotovoltaice funcționează pe baza efectului fotovoltaic, care constă în transformarea directă a luminii solare în energie electrică. Iată modul de funcționare al panourilor fotovoltaice:
Absorbția Luminii Solare:
Panourile fotovoltaice sunt alcătuite din celule fotovoltaice, de obicei fabricate din siliciu. Aceste celule au un strat subțire de siliciu dopat cu impurități pentru a crea straturi de tip p și n. Când lumina solară lovește suprafața celulei, aceasta este absorbită.
Generarea de Perechi Electron-Gaură:
Fotoni din lumina solară absorbite de celulă furnizează energie suficientă pentru a excita electronii din atomii siliciului. Acest proces creează perechi electron-gaură, unde un electron este eliberat dintr-o legătură și contribuie la fluxul de curent electric.
Mișcarea Electronilor:
Electromotorul electric format în celula fotovoltaică împinge electronii liberi în direcția dorită, generând curent electric. Curentul este apoi direcționat prin conexiuni metalice în afara panoului fotovoltaic.
Generarea de Curent Continuu (CC):
Curentul electric generat de panoul fotovoltaic este de tip curent continuu (CC). Acest tip de curent este utilizat în mod obișnuit pentru aplicații la nivel casnic și în sistemele fotovoltaice mici.
Inversarea Curentului în Curent Alternativ (CA):
În sistemele conectate la rețeaua electrică, unde se utilizează curent alternativ (CA), un dispozitiv numit inversor transformă curentul continuu generat în curent alternativ, astfel încât să poată fi folosit în rețeaua electrică.
Utilizarea Energiei Electrice:
Energia electrică generată poate fi utilizată în timp real pentru alimentarea dispozitivelor electrice din casă sau poate fi direcționată către stocarea în baterii pentru utilizare ulterioară.
Monitorizarea și Controlul Sistemului:
Sistemele fotovoltaice sunt adesea echipate cu sisteme de monitorizare și control care permit urmărirea performanțelor panourilor, detectarea problemelor și optimizarea funcționării în timp real.
Prin acest proces, panourile fotovoltaice transformă direct lumina solară în energie electrică, furnizând o sursă curată și regenerabilă de electricitate. Este important să menționăm că eficiența sistemului depinde de mai mulți factori, inclusiv condițiile meteorologice, orientarea panourilor și gradul de expunere la lumină solară.
Concluzii
Discuția asupra panourilor solare și fotovoltaice a evidențiat caracteristicile distinctive și avantajele fiecărei tehnologii în domeniul energiei solare.
Astfel, panourile solare termice se specializează în transformarea radiației solare în căldură, fiind eficiente în încălzirea apei pentru uz casnic sau încălzirea spațiilor. Acestea sunt mai puțin complicate și pot oferi soluții eficiente la scară mică, cu costuri relativ reduse.
Pe de altă parte, panourile fotovoltaice utilizează efectul fotovoltaic pentru a transforma direct lumina solară în energie electrică. Ele sunt versatilie, pot alimenta o gamă variată de dispozitive și au o durată de viață extinsă. Dezavantajele includ intermitența în generarea de energie în condiții meteo nefavorabile și necesitatea unui sistem de stocare eficient.
Fiecare tehnologie se potrivește mai bine anumitor aplicații. Panourile solare termice sunt ideale pentru generarea de căldură, în timp ce panourile fotovoltaice sunt eficiente în producerea de energie electrică. Alegerea între acestea depinde de nevoile specifice, condițiile locale și scopul utilizării.
În ansamblu, ambele tehnologii contribuie la dezvoltarea surselor de energie regenerabilă și la reducerea dependenței de sursele tradiționale. Cu toate că există diferențe semnificative între panourile solare și cele fotovoltaice, ambii tipuri aduc beneficii importante în eforturile noastre de a adopta soluții sustenabile și de a proteja mediul înconjurător pentru generațiile viitoare.