Începând din luna martie 2012, Braşovul deţine cel mai modern institut de cercetare din sud-estul Europei în domeniul energiilor regenerabile. Şantierul Institutului de Cercetare Dezvoltare Produse High Tech pentru Dezvoltare Durabilă al Universităţii Transilvania” a durat trei ani şi a costat 60 de milioane de lei din fonduri structurale, completate cu o cofinanţare de 26 milioane de lei din sursele proprii ale Universităţii. În clădirile de laboratoare au fost amenajate 27 de centre de cercetare pe diferite domenii de dezvoltare durabilă.
Privite de la exterior, cele 12 clădiri ale campusului pot fi cu uşurinţă confundate cu cele mai pretenţioase sedii de birouri de clasă A. Sediile care găzduiesc laboratoarele au fost proiectate şi construite în conceptul clădirilor cu autonomie energetică ridicată şi sunt burduşite cu sute de senzori care le permit cercetătorilor să testeze diferite sisteme de încălzire sau iluminare. Fiecare clădire îmbină concepte avansate de eficienţă energetică, economie de energie şi sisteme de conversie a energiei regenerabile solare, eoliene şi hidraulice. Astfel, ferestrele sunt realizate din sticlă specială, care permite controlul schimbului termic al cladirilor cu mediul exterior, planşeele au implementate soluţii de valorificare a iluminatului natural pe bază de concentratoare de fotoni, sistemele IT au consum foarte redus de energie. De asemenea sunt minimizate pierderile datorate circulaţiei curenţilor electrici prin sutele de kilometri de cabluri care interconectează într-o reţea laboratoarele campusului. Institutul de Cercetare Dezvoltare al Universitatii Transilvania se întinde pe o suprafaţă de 4,5 hectare şi e doar primul obiectiv „la gata” din Campusul GENIUS (Green, Energy Independent University Campus) care se va întinde pe o suprafaţă de 30 de hectare. În viitorul apropiat în incinta campusului se va da în folosinţă un parc solar ce va cuprinde sisteme inovative de conversie a energiei solare precum si cladiri cu autonomie energetica ridicată, dar şi o „zonă de cooperare cu mediul economic”, în care, după modelul incubatoarelor de afaceri care au răsărit în jurul universităţilor celebre ale Planeteri, se vor valorifica rezultatele cercetării ştiinţifice prin transferul tehnologic spre companiile private: „Vrem să oferim produse pe care să le transferăm mediului economic. Avem deja o serie de produse în faza de prototip, în faza de testare. De pildă am dezvoltat colectoare solare care să se potrivească cu diversele culori ale ţiglei de pe casele oamenilor. Urmărim să obţinem performanţe bune şi pe alte culori, nu doar pe negru sau albastru închis. În acest fel funcţionalitatea se va subordona principiilor estetice, ceea ce e esenţial pentru armonia clădirilor”, ne-a declarat Ion Vişa, actualul director general al Institului şi fost rector al Universităţii.
„Căsuţa solară” de pe Colină
Interesul Universităţii din Braşov pentru energii regenerabile are câţiva ani buni în spate, interval în care pe „Colină” s-a constuit o „Căsuţă Solară”, de fapt un modul autosuficient energetic cu suprafaţa de 200 mp, care cuprinde birouri şi săli de curs iluminate şi încălzite în totalitate dintr-un mix de surse regenerabile, majoritatea concepute de masteranzi şi doctoranzi ai universităţii. „Căsuţa solară” are inclusiv o arhitectură interioară specială, având formă de ou, care permite optimizarea circulaţiei căldurii în încăperi: „Curenţii de aer se mişcă într-un anumit fel prin arhitectura casei şi colţurile unei încăperi rup curgerea curenţilor de aer prin încăpere. Oul este o structură care permite ventilaţia naturală a aerului din încăpere. Vara aerul rece vine sus iar iarna circuitul este invers. Se numeşte arhitectură solară”, ne-a explicat prof. univ. dr. ing. Anca Duţă.
„Cămări de căldură” pentru toamnele târzii
La subsolul căsuţei solare cercetătorii au montat două rezervoare de căldură uriaşe, înfofolite în nişte manşoane groase de burete, care stochează apă încălzită de soare vara, pentru perioada de toamnă-iarnă. Sunt nişte sisteme aproape închise, care mai că nu permit apei fierbinţi depozitate înăuntru să-şi piardă din gradele celsius: „Stocatoarele de căldură le programăm şi folosim apa din ele atunci când avem nevoie. Sunt ca nişte termosuri gigantice, foarte bine izolate, cu care noi putem încălzi apă”.
Factura la căldură care tinde spre zero
Casa solară este încălzită dintr-un mix de surse de energie (geotermală, solară termică, fotovoltaică şi gaz metan), care sunt combinate într-o proporţie optimă, încât să asigure cu o investiţie cât mai mică, un randament cât mai bun. Iată ce au descoperit studenţii de la Braşov: „Noi ne ocupăm de implementarea sistemelor de energii regenerabile în clădiri, astfel încât totul să fie optim. Nici unul din sistemele de încălzire nu e atât de eficient pe cât sunt ele împreună. Noi aici concepem un mix, un cocktail de sisteme de încălzire care duc la un randament superior oricăruia din sisteme luat separat. În condiţii convenţionale (n.r. la temperatură exterioară de minus 21 de grade celsius) „Căsuţa Solară” are un necesar de 28 de kilowaţi. Pompa de căldură pe care o folosim noi poate să facă numai 10 kilowaţi. Surplusul de care e nevoie, adică 18 kilowaţi, sunt asiugraţi de o centrală clasică pe gaz. Numai că centrala pe gaz intră în funcţiune numai atunci când temperatura exterioată iarna scade sub minus 15 grade celsius. În 2011 am avut doar în ianuarie o săptămână când temperaturile au scăzut sub minus 21 de grade, deci centrala pe gaz a funcţionat doar în săptămâna respectivă. Pompa de căldură e dimensionată să acopere restul perioadei de încălzire. Dacă noi am fi dimensionat-o să acopere vârful de minus 26 de grade, nu funcţiona eficient. Una era să cumpărăm o pompă de căldură de trei ori mai mare, caz în care investiţia era de 3 ori mai mare, nu funcţiona corect şi eficienţa era scăzută, alta e să ai una potrivită pentru ce ai nevoie. E ca şi cum ţi-ai cumpăra un 4×4 ca să te plimbi prin oraş pe o distanţă de 5 kilometri întră casă şi locul de muncă” ne-a declarat unul dintre tinerii cercetători.
Cercetătorii braşoveni în domeniul energiilor regenerabile au proiectat sistemul de încălzire ideal care permite ca pe toată durata de viaţă a instalaţiilor (20-30 de ani), proprietarul locuinţei să aibă factura aproape zero la încălzire şi apă caldă pentru o vilă de 200 mp. Investiţia iniţială într-un astfel de sistem de încălzire este de 15.000 euro şi constă în achiziţionarea unui mix de colectoare solar-termice, combinat cu o pompă termică de mici dimensiuni ale căror motoare de pompare sunt alimentate de un mic panou fotovoltaic, la care se adaugă o centrală pe gaz, pentru compensare în zilele cu ger extrem: „În acest fel însă reduci costurile cu o treime comparativ cu scenariul în care ai folosi ca sistem unic de încălzire pompa termică, care ar trebui să lucreze doar ea. În plus factura e aproape de zero, fiindcă doar o săptămână-două pe an foloseşti gazul” ne-a explicat cercetătorul de 27 de ani.
Fereastra cu „ochelari de soare”
Cercetătorii braşoveni în domeniul energiilor regenerabile testează tot felul de senzori luminoşi a căror aplicaţie imediată poate fi încorporarea în ferestre inteligente: „Facem cercetări pe materiale low-cost, cum ar fi de pildă aplicarea de filme sensibile fotovoltaic. În felul acesta se pot realiza geamuri heliotrope, pe bază de cristale lichide. E suficient să încorporezi într-un geam o astfel de mică celulă, care produce energia electrică necesară întunecării geamului. Când ai nevoie să fie geamul întunecat? Când e soare. Când dă celula fotovoltaică energie? Când e soare? E o aplicaţie extrem de simplă. Pui în colţişorul geamului un mic senzor de tipul ăsta şi automat închide la culoare geamul atunci când este iluminată puternic. Avantajul a că senzorii sunt făcuţi exact pe acelaşi substrat, cu aceeaşi tehnică, deci în momentul în care fabrici geamul poţi să acoperi o parte din geam cu acest strat foto-sensibil, adică încorporezi celula fotovoltaică direct în el”.
Sistem fotovoltaice cu piese de tractor
Pe clădirea „Căsuţei Solare” din Braşov a răsărit o mini pădure de sisteme de panouri solare fotovoltaice şi de încălzire a apei, care mai de care mai originale. Deoarece în România e ineficient din punct de vedere economic să se producă celulele pe bază de siliciu, cercetătorii braşoveni încearcă să îmbunătăţească în alte feluri randamentul de producţie al energiei ce are ca sursă Soarele.
Astfel, Maria Monica (27 ani), absolventă de inginerie tehnologică, a realizat un sistem automatizat care îndreaptă panoul fotovoltaic după soare. Panoul are o mişcare dublă, urmărind traiectul soarelui de la est la vest, în mişcarea diurnă, cât şi în mişcarea sezonieră. Despre sisteme solare care se învârt după soare s-a tot auzit, însă erau mecanisme complexe, cu două motoare, câte unul pentru fiecare tip de mişcare: diurnă-sezonieră. Fiind în patria tractorului, la Braşov, Monica a avut ideea să simplifice această mişcare folosind o piesă de tractor: „E o legătură cardanică. Sunt două furci cardanice care când se balansează, determină mişcarea pe două direcţii a panoului fotovoltaic, încât cu un singur motor realizează o mişcare astfel încât să urmărească traiectoria soarelui. Cardanul se foloseşte tradiţional la automobile sau la maşini agricole. Noi transmisia cardanică am cumpărat-o de la Codlea. Ei o foloseau la tractor, la transmisia mişcării la dispozitivele care ară. Totul este brevetat”. Sistemul fotovoltaic al Monicăi nu cuprinde doar inovaţie mecanică, ci are în spate şi un software isteţ: „Am folosit ceea ce numim noi un program de optimizare. Am făcut mai multe încercări şi pe baza unor calcule am stabilit de unde este cel mai bine să pornească mişcarea panoului. În mod normal ar trebui ca panoul să baleieze toată bolta cerească, dar pentru că nu câştigăm prea multă energie în timpul dimineaţii, am făcut un compromis, să începem de la 90, de la poziţia de echinoxiu şi ne ridicăm undeva până la poziţia de 45 de grade, tot aşa, în poziţia de echinoxiu şi apoi să ne întoarcem din nou. Acest panou cu un singur motor şi cardan de tractor produce cu 45% mai multă energie decât cu un panou fix şi cu doar 2% mai puţin decât cu un sistem de orientare cu două motoare”.
Hermenean Ioana (26 ani) absolventă de design industrial, a conceput un sistem în care de o parte şi de alta a panoului fotovoltaic a agăţat două oglinzi laterale care concentrează pe suprafaţa generatoare de curent, o cantitate de energie solară de trei ori mai mare: „Sistemul meu, prin aceste oglinzi, captează de două ori radiaţia solară, adică creşte eficienţa de două ori. E ca şi cum soarele ar fi de două ori mai strălucitor, din cauza acestor oglinzi care concentrează radiaţia solară pe suprafaţa fotovoltaică şi astfel creşte eficienţa. Sunt folii de aluminiu speciale pentru energia solară…randamentul este 200%. Aşa este calculat. E ca şi cum ţi-ai lua două panouri. Simpla adăugare a oglinzilor înjumătăţeşte costul de producere a electricităţii”.
Bogdan Gabriel (29 ani) facultatea de inginerie electrică şi ştiinţa calculatoarelor, se străduieşte să găsească sistemul optim care să consume cât mai puţin şi să aducă cât mai mult: „Optim depinde şi de zona de implementare. Ceea ce e optim la Braşov poate să nu fie optim la Patras în Grecia, sau la Delft în Olanda. Softurile de control a panourilor fotovoltaice sunt dezvoltate flezibil şi sunt dezvoltate pe baza unor studii ale configuraţiei meteorologice specifice zonei. Avem staţia meteo de 5 ani de zile achiziţionăm topate datele, pe baza lor realizăm confirguraţia. De pildă softul dezvoltat de noi te ajută să nu ai condens pe panou dimineaţa. Condensul apare pe fondul unei treceri de temperatură bruşte la un anumit nivel de umiditate. Tu cunoscând specificul zonei, poţi să orientezi acest panou în aşa fel încât să nu provoci condensul. Mişcarea panoului e controlată de softul de comandă care determină algoritmul după care el se mişcă. O altă problemă e riscul de supraîncălzire a panoului printr-o anumită orientare unghiulară…există şi alte probleme, de supraîncălzire a panoului, nu neapărat de condens. Aceasta e o problemă majoră, soră cu condensul, deoarece panoul nu funcţionează bine la cald. Toate modulele fotovoltaice de siliciu sunt albastre sau negre, deci atrag căldura, scăzându-şi eficienţa în momentul în care creşte. Deşi din punct de vedere orientare e bine să ai radiaţia perpendiculară pe modul -din punct de vedere temperatură, că totul vine la pachet: lumina vine cu căldura deodată- e bine să ai o oarecare întârziere faţă de unghiul de 90 de grade la lumină, ca să nu preia toată căldura. Noi am dezvoltat algoritmul care permite panoului să preia lumina, dar să nu preia toată căldura. Acesta e un domeniu de cercetare care a apărut în ultimii 3 ani şi suntem singura instituţie din România care facem treaba asta. Este şocant şi pentru institutele mari europene când mergem cu astfel de lucrări. Am fost apreciaţi şi de institutul Fraunhofer din Germania, care este Institutul de Dezvoltare-de Cercetare Aplicată numărul unu în Europa”. L-am întrebat pe Gabriel cum de străinii nu le fură micile secrete: ” Am învăţat cât să spunem tot timpul”, a fost răspunsul său.
De ce la turci pleznesc instalaţiile solare de încălzire a apei
Cercetătorul Moldovan Macedon Dumitru (36 ani) şi colega sa Daniela Ciobanu (37 ani), înscrisă la programul post-doctoral, studiază colectoarele solar-termice, care transformă radiaţia solară în energie termică, generând apă caldă menajeră. Daniela studiază noi modalităţi de a crea generatoare de apă caldă mai sigure: „Marea problemă a sistemelor solar termice e partea de încălzire. Vara există pericol de supraîncălzire. Noi am dezvoltat pe baza datelor colectate sisteme de orientare astfel încât să evităm supraîncălzirea. De ce asta? Fiindcă de exemplu cei din Turcia au avut în urmă cu 2-3 ani foarte mari probleme din cauza soarelui puternic. Mulţi au avut instalaţii care au explodat din cauză că au acumulat prea multă energie. Temperatura poate să ajungă şi la 200 grade în cazul acestor colectoare solare, în doar un sfert de oră atunci când nu circulă fluidul. Proprietarii acelor colectoare n-au avut ce să facă cu atâta apă caldă menajeră şi era varianta de a lăsa să curgă, deci de a avea pierderi, sau de a optimiza sistemul, ori noi am dezvoltat anumite sisteme de orientare pentru astfel de colectoare astfel încât să evităm supraîncălzirea, pe baza datelor culese în timp”.
Institutului de Cercetare Dezvoltare Produse High Tech pentru Dezvoltare Durabilă al Universităţii Transilvania deţine echipamente şi specialişti pentru certificarea produselor solar-termice, măsurându-le randamentul la acurateţea pe care o cere standardul european
Platforma S.F. care compară diverse mărci de panouri fotovoltaice între ele
Bogdan a dezvoltat o platformă uriaşă alcătuită din 2473 de piese. Platforma se învârte hidraulic (prin pistoane) după soare, pe care se pot monta simultan mai multe tipuri de panouri fotovoltaice. În felul acesta li se pot monitoriza performanţele în aceleaşi condiţii de temperatură, luminozitate şi orientare. Acest tip de teste este ideal pentru certificarea panourilor comercianţilor: „Scopul platformei este de a testa cele 4 tipuri de panouri de siliciu existente pe piaţă: policristalinul, monocristalinul, amorful şi cele cu straturi subţiri, care sunt de mai nouă generaţie. Eu monitorizez cu 6 tipuri de senzori, tensiune, intensitate, implicit putere, randamentul şi în funcţie de câtă radiaţei am, eu evaluez, monitorizez câtă energie scot dintr-un panou solar. În felul acesta compar performanţele oricărui panou de pe piaţă faţă de celelalte”.
