ANALIZA: Instalatii electrice moderne si sustenabile, pentru aplicatiile viitorului

Domeniul instalatiilor electrice nu putea fi ocolit de veritabila revolutie energetica derulata in prezent, ce are in centrul sau conceptul de sustenabilitate. Marii furnizori de pe acest segment au implementat deja programe ambitioase de cercetare-dezvoltare, orientate explicit spre identificarea celor mai bune solutii pentru minimizarea consumului si reducerea amprentei de carbon. Desigur, rezultate optime au fost obtinute de corporatiile internationale importante, ce s-au focalizat in mod sustinut in directia respectiva, dispunand, totodata, de forta financiara necesara sustinerii unei asemenea strategii. Aceasta nu inseamna ca ideea de inovatie a fost rezervata exclusiv firmelor de mari dimensiuni, existand suficient de multe exemple de idei inovatoare venite din partea unor companii mici sau medii. Tinta majora, depasind limita competitiei directe, presupune asigurarea indeplinirii obiectivelor stabilite in ceea ce priveste eficienta si comportamentul rational din punct de vedere ecologic. 

 

Este adevarat ca inovatiile in domeniu nu sunt de data recenta, ci dimpotriva, au demarat inca in secolul al XIX-lea, prin ideile si rezultatele deosebite ale unor cercetatori remarcabili, precum Thomas Alva Edison sau Nikola Tesla. Cu toate acestea, un avand remarcabil a fost luat in ultimele decenii, pentru ca, incepand cu secolul curent, evolutia sa fie realmente exponentiala, bazata inclusiv pe migrarea transfrontaliera a solutiilor stiintifice dinspre alte sectoare de activitate. Tehnologii rezervate pana recent exclusiv industriei aerospatiale, de pilda, au fost implementate in aplicatii de uz curent, generand rezultate pe masura. La nivel international, exista o preocupare vadita pentru identificarea si punerea in practica a ideilor care sa de subordoneze principiilor dezvoltarii durabile, activitatea in sensul respectiv fiind deseori recunoscuta si rasplatita prin distinctii si premii de o reala valoare. In continuare, sunt prezentate doar cateva dintre cele mai interesante propuneri, care in viitor vor avea, in mod cert, un loc asigurat in fiecare proiect sustenabil de pe mapamond.

 

Datele statistice relevante indica, in special pentru statele dezvoltate si cele cu economii emergente, o pondere insemnata a consumului energetic pentru operatiuni de iluminare a incintelor. De exemplu, in SUA, peste 38% din energia primara consumata este dedicata acestei utilizari. O solutie viabila pentru reducerea nivelului respectiv este constituita de controlul automat al iluminarii artificiale. Astfel, cercetatorii de peste ocean care activeaza in cadrul Centrului American de Energii Regenerabile (NREL) au dezvoltat un senzor video de procesare a imaginii (IPOS) ce are rolul de a detecta cu precizie gradul de ocupare a unui spatiu interior. Acesta reprezinta o reala alternativa la solutiile traditionale axate pe utilizarea senzorilor de miscare, avand capacitatea de a evalua prezenta umana si de a comanda, in consecinta, nivelul optim de iluminare (inclusiv cea naturala, prin controlul direct al dispozitivelor de protectie solara) si cel de functionare a instalatiilor HVAC. Spre deosebire de solutiile anterioare, pe baza de radiatii infrarosii sau tehnologii cu ultrasunete, produsele compacte IPOS au o camera integrata cu un microprocesor de mare viteza, ce are capacitatea de a realiza in mod rapid si cu mare acuratete operatiunile de monitorizare. Acesta nu detecteaza, de fapt, prezenta umana, ci proprietatile luminoase ale spatiului vizat. Imaginile obtinute pot fi segmentate pana la nivelul de 16 zone virtuale, iar masuratorile realizate de experti indica economii energetice de 20% fata de cazurile in care sunt folosite solutii clasice.

 

Desi utilizarea tehnologiilor pe baza de diode luminoase (LED) nu mai constituie, in sine, o noutate, aceasta nu inseamna ca eforturile de cercetare s-au redus, cu atat mai mult cu cat exista o serie de probleme nesolutionate inca. Expertii institutului tehnologic de cercetare industriala din Taiwan (ITRI) au primit ca sarcina constructia unui bec pe baza de LED, care sa fie viabil din punct de vedere comercial si sa prezinte caracteristicile de radiatie luminoasa similare produselor incandescente. Provocarea cea mai mare a fost cea economica, stiut fiind faptul ca solutiile respective sunt destul de costisitoare. Cu toate acestea, eforturile expertilor asiatici au fost incununate de succes, acestia focalizandu-si atentia asupra unui singur principiu de baza - si anume acela al majorarii suprafetei totale ocupate de diode emitatoare de radiatie luminoasa. Astfel, au inlocuit circuitele electronice cu putere de 1 W (de regula, in numar de 10 sau 12 unitati, cu emisie unidirectionala) cu mai multe elemente similare de valori mult inferioare (aproximativ 0,06 W), insa intr-un numar sporit, care poate ajunge pana la 160 de diode. Astfel, costurile de productie s-au redus cu 55%, diminuandu-se in acelasi timp si temperatura de operare. O alta problema astfel rezolvata a fost si aceea de compensare a lipsei de dispersie, practic becul rezultat avand capacitatea de a ilumina uniform in toate directiile. Avantajul lucrului la temperaturi scazute a fost, de asemenea, exploatat prin inlocuirea radiatorului metalic clasic cu un element din material plastic, integrat in structura bulbului. Aceasta a generat inclusiv o diminuare a amprentei de carbon. Evaluat conform criteriilor Energy Star, produsul a dovedit ca are capacitatea de a furniza o intensitate luminoasa uniforma si se poate adapta cu succes oricarui tip de aplicatie.

 

Problema conversiei curentului electric din forma continua in cea alternativa a fost analizata mai mult in ultimul timp, pe fondul cererii deosebite generate de utilizarea ampla a aplicatiilor fotovoltaice. Celulele PV colecteaza energia radiatiei solare si o transforma in electricitate, aceasta avand insa un grad limitat de utilizare din cauza caracterului sau continuu, fara a putea fi astfel injectata in retea. Solutia este constituita de un invertor, piata segmentandu-se in prezent in trei categorii majore: tehnologii de mare capacitate (care conecteaza sute de panouri fotovoltaice), invertoare in serie (deservind circa 14 module), respectiv micro-invertoare destinate folosirii la unul sau doua panouri. Acestea din urma sunt extrem de eficiente, dar au un pret ridicat. Compania ArrayPower, din SUA, propune o tehnica modulara de inversiune a curentului electric, inovatoare din multe puncte de vedere, livrata in conditii competitive. Sistemul este un invertor comercial in trei faze, care are capacitatea de a distribui procesul de conversie la nivelul intregului dispozitiv. Fiecare unitate emite o serie de impulsuri electrice la o frecventa de 15 kHz, care, combinate in paralel, recreeaza unda necesara a curentului alternativ. Sistemul este de tip ”plug-and-play”, ceea ce permite monitorizarea caracteristicilor de performanta printr-un portal, fara a utiliza condensatorii electrolitici folositi in alte tehnologii si imbunatatind astfel fiabilitatea de ansamblu a procesului. Practic, durata de exploatare este egala cu aceea a panourilor PV. In mod suplimentar, dispozitivul poate fi folosit atat la retelele de 50 Hz, cat si la cele de 60 Hz, ceea ce il face compatibil cu utilizarea pe plan international.

 

Laboratorul de cercetare din cadrul Universitatii Colorado propune companiilor din bransa materiale conductoare de mare flexibilitate si cu masa redusa. Superconductorii de inalta temperatura (HTS) se folosesc deja intr-o gama larga de aplicatii electrice, insa acestia nu au fost inca adoptati la proiecte de mare putere. Limitarea respectiva i-a determinat pe experti sa dezvolte o solutie compacta, de mare densitate energetica si destinata extinderii ariei de utilizare a tehnologiei respective. Fabricat din 24 de benzi conductoare de tip HTS, disponibile deja pe piata de profil, cablul astfel obtinut consta, de fapt, intr-o structura complexa cu substraturi metalice acoperite pe o parte cu pelicula ceramica. Benzile respective sunt rasucite in opt straturi amplasate cu partea acoperita la interior, apoi supuse unui proces de compresiune, formand in final un cablu cu sectiune transversala rotunda, care este ulterior izolat. Benzile superconductoare sunt spiralate in directii alternative, formand o structura cu multiple straturi. Aceasta dispozitie speciala permite curentului electric sa treaca de la un nivel la altul in cazul in care apar defectiuni punctuale. Configuratia respectiva contribuie, de asemenea, la reducerea pierderilor electrice, mai ales atunci cand se opereaza in conditiile unui camp magnetic alternativ. Institutul American de Standarde si Tehnologii (NIST) a construit si testat astfel de cabluri, cu un diametru exterior de 7,5 mm. Acestea si-au dovedit flexibilitatea, avand o raza de curbare mai mica de 0,2 metri, fata de 2 metri cat este la cablurile conventionale. Fara a inregistra pierderi, noul produs poate transporta curent cu o intensitate de 2.800 A la o temperatura de 76 K in azot, respectiv pana la 25.000 A la 4,2 K in heliu.