Sisteme neconventionale de generare si conversie a energiei

PREFATA

Lucrarea este elaborata de un grup de specialisti cunoscuti pentru realizarile lor in domeniul cercetarii fenomenelor de conversie a energiei si elaborarea, pe baza acestor cercetari, a unor produse la nivelul actual al stiintei si tehnicii. Cartea include rezultatele unor studii aprofundate privind mijloacele neconventionale de conversie a energiei cu importante aplicatii in industria moderna. Sistemele inteligente propuse in lucrare pot fi utilizate in numeroase aplicatii ale industriei actuale fiind caracterizate de randamente ridicate de conversie, controlabilitate si adaptabilitate.

In prima parte a materialului sunt prezentate rezultate ale cercetarilor privind dezvoltarea transformatoarelor cu nanofluide magnetice. Sunt analizate solutiile utilizate pentru dezvoltarea transformatoarelor de medie si joasa tensiune in constructie verticala si a transformatoarelor planare miniaturizate utilizate in realizarea convertoarelor electronice DC/DC.

Dezvoltarea acestor transformatoare pentru domeniul distributiei de energie electrica necesita elaborarea de solutii pentru realizarea nanofluidelor cu caracteristici de izolare electrica si transfer termic necesare echipamentului dar si a unor configuratii care sa utilizeze in mod eficient caracteristicile nanofluidelor. Pot fi realizate transformatoare cu eficienta ridicata, cu dimensiuni reduse, cu durata mare de viata si tolerante la supraincarcare.

Realizarea modelelor experimentale, TMOf-24-5 si TMOf2-36 kV-40 kVA a avut la baza un amplu studiu teoretic, dezvoltarea modelului matematic si simularea numerica care a permis cunoasterea repartitiei campului magnetic, a transferului de caldura, a fortelor de magnetizatie si a condus la conceperea structurii magnetice a transformatorului si a sistemului de racire. Testele complexe, electrice si termice, efectuate in laborator asupra modelelor experimentale au validat ipotezele de calcul adoptate, au pus in evidenta atingerea parametrilor de buna functionare in reteaua distribuitorului de energie, au confirmat performantele energetice superioare privind pierderile pe durata de functionare si reducerea masei echipamentului.

Transformatorul planar cu circuit magnetic realizat din ferita si nanofluid magnetic, poate fi utilizat ca element de separare electrica intre circuitele converoarelor DC/DC si permite utilizarea acestuia pana la frecvente de ordinul a 1.000 kHz. Pentru aceasta aplicatie, nanofluidul magnetic are dublu rol si anume este utilizat ca miez magnetic lichid si ca fluid de racire.

Alegerea structurii circuitului magnetic si bobinelor din circuitele primar si secundar a fost validata prin teste de laborator care au pus in evidenta caracteristicile de transfer ale transformatorului si au indicat un raspuns foarte bun la frecvente pana la 1.000 kHz pentru semnale dreptunghiulare.

Transformatoarele de retea cu agent de racire nanofluid magnetic si transformatorul planar cu nanofluid magnetic sunt subiectul unor brevete de inventie care au ca autori specialisti care au colaborat la elaborarea primului capitol al lucrarii.

Aspectele teoretice si practice ale proceselor de conversie a energiei electrice in energie mecanica pe baza efectului piezoelectric indirect precum si a proceselor de conversie a energiei mecanice in energie electrica pe baza efectului piezoelectric direct sunt analizate pe larg in cadrul celui de al doilea capitol al lucrarii.

Aplicatiile dezvoltate se refera atat la realizarea actuatorilor piezoelectrici utilizati ca elemente de pozitionare liniare si rotative ca in cazul micromotoarelor piezoelectrice. Aplicatiile piezoelectricitatii sunt specifice industriei moderne in care miniaturizarea echipamentelor permite elaborarea de instrumente delicate pentru domenii specifice: medicina, informatica aplicata, microscopie, optica etc.

Autorii si-au focalizat cercetarile pentru studiul teoretic si experimental al motoarelor piezoelectrice cu convertor piezoceramic tubular si rotor tronconic sau sferic. Studiul a inclus dezvoltarea unui model matematic 3D cu utilizarea programului de calcul COMSOL pentru analiza regimurilor electrocinetic stationar si in regim oscilatoriu. S-au obtinut imagini utile pentru cunoasterea amplitudinii maxime a deplasarii convertorului piezoelectric tubular care apoi au fost verificate prin determinari practice cu ajutorul unui interferometru laser si a unui palpator analogic sau digital.

Pentru controlul frecventei in zona de rezonanta a fost elaborat un circuit original cu frecventa fin variabila. Alegerea solutiei de convertor piezoelectric a fost realizata pe baza unei ample documentari din literatura de specialitate, fiind puse in evidenta principalele caracteristici ale fiecarui tip de motor piezoelectric.

Analiza aspectelor teoretice ale convertoarelor piezoelectrice liniare cu punerea in evidenta a efectului piezoelectric direct, permite realizarea conexiunii intre fortele magnetice ale sistemului magnetic oscilant si distributia tensiunilor mecanice care actioneaza in sistem.

Ecuatiile de proces au fost adaptate pentru structura analizata si au fost dezvoltate functii de corectie pentru a asigura concordanta cu simularile numerice. Pe baza studiului teoretic efectuat au fost realizate generatoarele hibride piezo-inductive ce pot utiliza fortele magnetice care in lipsa unei amortizari magnetice corespunzatoare, ar putea conduce la daune asupra elementelor piezoceramice.

Asamblarea stratificata in coloana a unui numar de pastile piezoelectrice identic polarizate si alimentate in paralel permite realizarea unui actuator liniar de tip stiva bazat pe efectul piezoelectric invers care apare la aplicarea tensiunii electrice pe suprafetele unui material piezoelectric, determinand deformatii si tensiuni mecanice. Alimentarea stucturii cu tensiune alternativa conduce la aparitia de vibratii cu o frecventa a oscilatiei mecanice care urmareste frecventa tensiunii electrice aplicate.

Studiul teoretic efectuat a permis alegerea corespunzatoare a materialului piezoelectric si a numarului de pastile piezoelectrice, ceea ce asigura obtinerea amplitudinii adecvate a deplasarilor intregului ansamblu mecanic, de exemplu, la realizarea sistemelor piezoelectrice de franare. Desigur ca trebuie avut in vedere compromisul adecvat intre amplitudinea deplasarii si forta utila generata.

Actuatorul tip acordeon, mai flexibil si mai usor de realizat fata de actuatorul tip stiva, permite includerea in sisteme piezoelectrice cu volum redus si deplasari mari, utilizate in sistemele de robotica industriala.

De asemenea, a fost dezvoltat si testat actuatorul piezoelectric cu membrana polimerica obtinand un actuator plat, subtire, flexibil si usor de realizat. A fost elaborata tehnologia de realizare a membranei polimerice cu structura pe baza de elastomer si au fost realizate membrane care apoi au fost supuse unor teste pentru a pune in evidenta performantele acestora si posibilitatile de utilizare in domeniul structurilor „inteligente”.

Cunoasterea profunda a fenomenului piezoelectric a permis autorilor sa prezinte motorul piezoelectric liniar rombodisc care se bazeaza pe un proces de interactiune a undelor stationare radiale cu undele generate perpendicular. Analiza modelului experimental al motorului a pus in evidenta validarea aspectelor teoretice si posibilitatile de crestere a performantelor sale.

Convertorului electromecanic cu unde ultrasonice progresive compuse din unde stationare, bazat pe generarea de vibratii de flexiune utilizand doua elemente piezoceramice invecinate, este o aplicatie atent analizata in lucrare iar elementele teoretice au permis proiectarea unui actuator liniar care permite antrenarea rotorului masinii electrice. Datele prezentate permit dezvoltarea diferitelor tipuri de motoare care utilizeaza unda eliptica progresiva ce determina functionarea motorului.

Realizarea practica a micromotorului piezoelectric rotativ cu geometrie tubulara a fost recunoscuta printr-un brevet de inventie si apreciata in cadrul unor prezentari pe plan international. Micromotorul astfel proiectat si realizat ofera performante superioare privind controlul vitezei de rotatie si al cuplului, pe baza unei tehnologii simple.

Amplul program de testare in laborator a modelelor experimentale a validat rezultatele modelului matematic realizat pe baza unei analize teoretice profunde, prezentata complet in cadrul lucrarii si care a permis utilizarea programului de calcul de element finit pentru rezolvarea acestuia, a corespuns asteptarilor echipei de cercetare si a permis stabilirea parametrilor optimi de
functionare.

Realizarea testelor de laborator a impus elaborarea unor echipamente dedicate performante care sunt prezentate in detaliu in cadrul lucrarii.

Studiul si realizarea generatoarelor hibride piezo-electromagnetice a stat in atentia autorilor lucrarii care au concretizat rezultatele cercetarii printr-un brevet de inventie. Generatoarele de acest tip pot fi utilizate pentru recuperarea sub forma de energie electrica a unor impulsuri mecanice care pun in miscare un magnet permanent ce leviteaza si induce o tensiune electromotoare intr-o bobina amplasata pe tubul in care are loc miscarea magnetului principal.

Deplasarea magnetului principal este limitata la capetele tubului cu ajutorul unui sisteme de amortizare care include magneti de respingere si elemente piezoceramice, formand o perna magnetica.

Generatorul hibrid piezo-electromagnetic poate fi utilizat pentru recuperarea energiei disipate la circulatia pedestra sau a energiei la activitatea de respiratie a omului. Energia recuperata sub forma de impulsuri electrice (oscilatii electrice amortizate) este stocata in condensatoare care fac parte integranta din echipament.

Analiza teoretica a urmarit fenomenele de inductie electromagnetica in bobina sistemului la cuplajul circuitului magnetic intre magnetul care oscileaza in interiorul bobinei si infasurarea acesteia.

Configuratia campului magnetic al magnetului in miscare a fost analizata cu metoda elementului finit utilizand programul FEMM 4.2. Rezultatele calcului numeric au fost validate prin determinari pe un montaj experimental. Studiul efectuat a permis cunoasterea fluxului magnetic determinat de magnetul in miscare oscilatorie pentru fiecare pozitie relativa dintre magnet si bobina precum si stabilirea principalelor marimi care determina variatia fluxului magnetic si puterea generata.

Datele obtinute in urma studiului teoretic si experimental au permis proiectarea generatorului hibrid cu magnet oscilant in interiorul unei bobine, cu dimensionarea practica a elementelor acestuia. Modelele functionale dezvoltate au permis realizarea unui amplu studiu experimental, stabilirea aportului discurilor piezoelectrice la energia recuperata si obtinerea unor date importante pentru continuarea studiilor in domeniu, cu optimizarea structurii in functie de diferite moduri de actionare mecanica.

Modelele experimentale au asigurat captarea solicitarilor mici care apar la mers normal sau alergare usoara si au fost optimizate astfel incat sa permita acumularea de energie pentru perioade mai mari de timp.

Generatoarele electromagnetice hibride, prin datele pe care le afiseaza, pot fi deosebit de utile in medicina pentru controlul si corectarea tinutei de mers a persoanelor. De asemenea, generatorul hibrid proiectat pentru recuperarea energiei din respiratia umana poate fi util pentru cunoasterea modului de functionare a sistemului respirator.

Realizarea studiilor pe modelele experimentale dezvoltate a necesitat conceperea unor echipamente electronice originale care au permis controlul procesului si functionarea optima a generatorului. Rezultatele studiilor efectuate de catre colectivul de autori privind conversia energiei electrice in energie mecanica pe baza efectului magnetostrictiv direct sunt prezentate in capitolul patru al lucrarii.

Deformarea materialului magnetostriciv in functie de intensitatea campului magnetic cunoaste numeroase aplicatii, atat in domeniul fortelor mari cat si in domeniul unor actionari miniaturale. Proiectarea actuatorilor se face in functie de deplasarea necesara si de forta dezvoltata intr-un camp magnetic orientat in directia deformarii materialului. Alegerea materialului magnetostrictiv este esentiala in atingerea performantelor actuatorului.

Cunoasterea in detaliu a caracteristicilor si a proprietatilor materialului cum sunt alungirea relativa in functie de intensitatea campului magnetic, de temperatura, de pretensionare si a zonei optime de functionare sunt esentiale pentru asigurarea unei conversii eficiente magnetomecanice. In acest sens, se defineste coeficientul magnetostrictiv ca fiind alungirea relativa la variatia campului magnetic si sunt utilizate zonele in care coeficientul magnetostrictiv are o variatie liniara cu intensitatea campului magnetic.

Realizarea de microactuatori magnetostrictivi compacti, cu bobine planare, prezinta un interes practic deosebit fiind utilizati in sistemele de injectie ale autoturismelor. Elaborarea modelului matematic si rezolvarea acestuia utilizand reteaua de discretizare 2D a microactuatorului cu bobine planare ofera informatii utile pentru realizarea practica a echipamentului. Actuatorul liniar magnetostrictiv cu bobine cilindrice impune conditii specifice de proiectare, legate de fiabilitate (lipsa de mentenanta), alimentarea la tensiunea generata de panourile fotoelectrice, functionarea la variatii mari de temperatura, lipsa acceleratiei gravitationale. Simularile numerice ale acestui tip de actuator au permis obtinerea datelor pentru optimizarea functionarii intr-un anumit domeniu de frecventa impus de aplicatie si de exactitatea procesului de actionare.

Aspectele teoretice analizate au permis proiectarea si realizarea unui actuator magnetostrictiv de mici dimensiuni alimentat de la un modulator de tip PWM care a asigurat generarea tensiunilor dreptunghiulare necesare pentru alimentarea bobinei echipamentului. Testele complexe efectuate au permis validarea aspectelor teoretice dezvoltate si realizarea unor imbunatatiri pentru a obtine un control eficient si flexibil, dar si o reducere a pierderilor de energie.

Experienta acumulata la realizarea unui actuator de mici dimensiuni a permis extinderea studiului pentru optimizarea unui actuator cu doua bobine de excitatie pe baza datelor obtinute in urma modelarii numerice realizate, tinand cont de modelul matematic 2D rezolvat prin metoda elementului finit. Datele obtinute teoretic au fost verificate prin studii experimentale si au fost puse in evidenta si corectate unele neconformitati.

Alimentarea bobinei actuatorului cu tensiune si curent treapta prin intermediul unui modulator PWM si realizarea modelului matematic pentru analiza 3D au permis cunoasterea regiunilor critice ale campului magnetic, a modului de functionare a actuatorului pentru diferite moduri de alimentare si au oferit datele necesare pentru optimizarea geometrica a structurii.

Efectuarea testelor pentru echipamentele dezvoltate a impus realizarea unor module electronice de comanda si control care, la randul lor, au fost supuse unui program complex de testare pentru a asigura parametrii de functionare impusi.

Datele obtinute in urma programului de testare a actuatorilor liniari magnetostrictivi prezinta un interes deosebit pentru definitivarea solutiei constructive si a tehnologiei de realizare a acestora.

Problemele legate de utilizarea hidrogenului pentru producerea energiei electrice este analizata pe larg in cadrul capitolului 5 al lucrarii. Solutia este considerata ca o cale probabila pentru acoperirea in continua crestere a necesarului de energie electrica in economia moderna. Deoarece hidrogenul nu se gaseste in stare libera in natura, productia sa este una dintre problemele care limiteaza utilizarea acestuia in aplicatiile practice. Productia hidrogenului din apa prin electroliza si apoi generarea de energie electrica pe baza de hidrogen este in prezent un proces ineficient energetic, astfel ca o cunoastere profunda a etapei de producere a hidogenului si a etapei de producere a energiei electrice din hidrogen este de mare interes pentru dezvoltarea tehnologiilor de utilizare eficienta a hidrogenului.

Lucrarea este focalizata pe producerea energiei electrice in celule cu combustibil pe baza unui proces invers electrolizei. Energia electrica astfel produsa nu este afectata de poluare in masura in care producerea hidrogenului este realizata utilizand surse regenerabile de energie. Desi exista si alte tehnologii de producere a hidrogenului, acestea sunt insotite de o poluare intensa, ceea ce le face fara viitor intr-o economie fara poluarea mediului.

Celula cu combustibil devine astfel solutia care sta in atentia cercetatorilor pentru obtinerea unei tehnologii usor de implementat si cu eficienta ridicata. In cadrul lucrarii este studiata celula cu combustibil de tip PEMFC cu membrana polimer.

In cadrul lucrarii, autorii prezinta in detaliu principiul de functionare, reactiile chimice, structura, principalele caracteristici ale unei celule cu combustibil si conditiile necesare unei functionari optime a celulei. Sunt reflectate principalele directii de cercetare pentru realizarea materialelor catalitice eficiente si accesibile pe baza de aliaje cu platina sau alte solutii bazate pe materiale care nu contin metale din grupa platinei, realizarea materialelor suport pentru catalizatori pe baza de carbon, realizarea membranei electrolit de tip polimeric PEM, elaborarea ansamblului electrod membrana ca element fundamental in structura celulei cu combustibil si dezvoltarea unor solutii avansate pentru imbunatatirea proprietatilor functionale ale placilor bipolare.

Aspectele teoretice prezentate in prima parte a acestui capitol au permis intocmirea cerintelor temei de proiectare pentru un ansamblu de celule cu asigurarea unei puteri de iesire de 5 kW, functionand la 80 °C si presiune intre 0,1 MPa si 0,5 MPa.

Pe baza datelor de proiectare adoptate au fost determinate numarul de celule necesare, puterea electrica ce poate fi obtinuta, puterea termica ce rezulta, aria activa a electrodului, eficienta energetica, modul de umidificare a membranei etc., necesarul de hidrogen, aer, apa etc.

In lucrare sunt analizate in detaliu efectele factorilor de influenta asupra marimilor de iesire ale celulei, in special puterea electrica si puterea termica. De asemenea, sunt detaliate aspectele tehnologice ale realizarii unui ansamblu de celule cu combustibil.

Analiza teoretica si calculele de dimensionare prezentate sunt elemente ale proiectului unui echipament functional de producere a energiei electrice si termice pe baza de hidrogen intr-un ansamblu de celule cu combustibil. Problemele legate de eficienta sistemelor de conversie a energiei solare in energie electrica prezinta o deosebita importanta pentru acoperirea necesarului de energie al societatii actuale, fiind analizate aprofundat in cadrul capitolului 6 al lucrarii. Cresterea impresionanta a energiei electrice generata pe baza efectului fotoelectric extern si solutiile actuale de functionare a acestor surse, conectate la reteaua electrica publica sau ca surse independente, necesita studii in continuare pentru elaboarea de proceduri de eficientizare,monitorizare, precum si elaborarea de solutii pentru cresterea duratei de viata a panourilor fotoelectrice cu incadrarea sursei in parametri impusi de reteaua electrica la care se conecteaza si de echipamentele pe care le alimenteaza.

Analizele efectuate pe teren in instalatiile existente au permis autorilor dezvoltarea unei ample baze de date care a facilitat extragerea unor informatii privind performantele limitate ale acestora si a condus la elaborarea de solutii pentru cresterea fiabilitatii, extinderea duratei de viata, precum si la recomandari privind managementul instalatiilor cu obtinerea unor performante superioare de conversie.

Analiza teoretica prezentata in cadrul lucrarii a permis punerea in evidenta a performantelor teoretice care sunt luate in considerare ca marimi de reper in analiza instalatiilor reale. Sunt analizate marimile de influenta care pot afecta performantele unei centrale fotoelectrice compusa din panouri solare conectate intr-o structura serie-paralel si sunt prezentate conditiile de amplasare care ofera cea mai buna preluare a energei solare, in fiecare luna a anului in functie de pozitia soarelui pe cer. Desigur ca solutiile cu panouri adaptive in functie de soare permit obtinerea unei puteri electrice superioare, dar dispozitivele de rotire a panourilor reduc puterea totala preluata.

Dezvoltarea unei metodologii de calcul pe baza modelului cu o singura dioda in schema echivalenta a unui panou fotoelectric asigura rezultate verificate in practica si ofera informatii suficient de precise pentru analizele de conformitate. O atentie deosebita este acordata regulatorului MPPT si algoritmului de reglare pentru a obtine functionarea panoului in punctul de putere maxima.

Rezultatele studiilor efectuate in toate marile laboratoare de cercetare din lume au aratat ca energia electrica obtinuta prin conversia energiei solare poate reprezenta un factor important in obtinerea de energie curata si disponibila, astfel ca ponderea energiei electrice obtinuta prin conversie din energia solara are o crestere impresionanta. Conectarea acestor surse la reteaua publica, in numar din ce in ce mai mare, impune noi studii pentru dezvoltarea sistemelor de stocare a energiei, ceea ce va limita efectele perturbatoare asupra retelei electrice publice.

Studiile prezentate privind solutiile pentru limitarea degradarii panourilor solare sunt de un interes deosebit, reprezentand o contributie importanta la eforturile de crestere a ponderii surselor „curate” in mixtul energetic utilizat pentru producerea energiei electrice.

Analiza efectuata in cadrul lucrarii reprezinta un aport important al autorilor la dezvoltarea unor surse de energie electrica nepoluante, eficiente si accesibile.

Functionarea panourilor fotoelectrice in conditiile mediului ambiant este insotita de riscuri care trebuie sa fie cunoscute, necesitand determinarea influentei acestora si elaborarea de recomandari pentru limitarea lor.

Lucrarea este rezultatul unor studii efectuate cu profesionalism de autorii lucrarii, punand in evidenta contributiile acestora la dezvoltarea teoretica a domeniului conversiei de energie, validata prin studii experimentale.

Apreciez ca lucrarea este deosebit de valoroasa, utila specialistilor implicati in dezvoltarea, exploatarea si mentenanta sistemelor de conversie analizate in lucrare si a celor interesati de aspectele teoretice ale fenomenelor care stau la baza proceselor analizate. De asemenea, lucrarea poate fi deosebit de utila studentilor din domeniul inginerie electrica pentru cunoasterea fenomenelor si intelegerea procesului de cercetare stiintifica, cu concretizarea produselor dezvoltate.

Bucuresti, 7 noiembrie 2025
Prof. em. dr. ing. Nicolae GOLOVANOV

CUPRINS

Lista de abrevieri 37

CAPITOLUL 1. Conversia energiei electrice prin utilizarea transformatoarelor cu nanofluide magnetice 41
1.1. Introducere 41
1.2. Realizarea transformatorului electric de putere in configuratie orizontala TMOf-24-5A cu utilizarea nanofluidelor magnetice ca agent de racire 43
1.2.1. Transformatorul monofazat de mica putere si medie tensiune de tip TMOf-24-5, particularitati si cerinte generale 43
1.2.2. Modelul matematic si simularea numerica 49
1.2.3. Incercarea la incalzire, teste comparative 55
1.3. Realizarea transformatorului electric de putere in configuratie verticala TMOf2-36 kV – 40 kVA cu utilizarea nanofluidelor magnetice ca agent de racire 60
1.3.1. Consideratii generale 60
1.3.2. Caracterizarea magnetica a nanofluidului magnetic tip NFM/UTR 62
1.3.3. Realizarea prototipului transformatorului electric de putere TMOf2-36 kV – 40 kVA in configuratie verticala 63
1.4. Testele de incalzire ale prototipului transformatorului TMOf2- 36 kV- 40 kVA care utilizeaza ca agent de racire nanofluid magnetic de tip NFM/UTR 69
1.5. Transformatorul planar cu circuit magnetic realizat din ferita si nanofluid magnetic 81
1.5.1. Solutia constructiva 81
1.5.2. Masuratori in regim dinamic efectuate asupra transformatorului planar cu circuit magnetic realizat din ferita si nanofluid magnetic 86
1.6. Bibliografie 89

CAPITOLUL 2. Convertoare electromecanice piezoelectrice 92
2.1. Clasificarea convertoarelor electromecanice piezoelectrice 92
2.1.1. Introducere 92
2.1.2. Clasificarea convertoarelor electromecanice piezoelectrice 95
2.2. Convertoare piezoelectrice liniare cu elemente compozite, efectul direct piezoelectric 98
2.3. Convertoare piezoelectrice liniare tip stiva 105
2.4. Convertoare liniare cu membrane flexibile piezoelectrice si electrostrictive 120
2.5. Motorul piezoelectric liniar rombodisc 126
2.6. Proiectarea unui convertor electromecanic liniar cu unde ultrasonice progresive compuse din unde stationare 131
2.7. Convertoare rotative electromecanice cu unde progresive 136
2.8. Convertoare rotative piezoelectrice cu geometrie tubulara 142
2.9. Modelarea matematica a motoarelor rotative piezoelectrice cu geometrie tubulara 155
2.10. Modelarea matematica in regim oscilatoriu si propagarea undelor progresive eliptice in materialul piezoelectric 175
2.11. Determinarea modurilor de rezonanta si a deplasarilor prin procedee interferometrice liniare 192
2.12. Determinari si incercari experimentale pentru motoarele de tip MPR 200
2.13. Convertorul electromecanic rotativ cu actuator piezoelectric tubular in configuratie multipolara 210
2.14. Bibliografie 244

CAPITOLUL 3. Generatoare hibride piezo-electromagnetice 246
3.1. Proiectarea unui generator hibrid piezo-electromagnetic 246
3.2. Proiectarea generatorului hibrid in functie de pozitia relativa a magnetului, ce se deplaseaza din centrul bobinei 263
3.3. Masuratori si implementarea practica a generatoarelor hibride piezo-electromagnetice 267
3.4. Dispozitivele electronice de conversie si management al energiei generatoarelor hibride piezo-electromagnetice 291
3.5. Bibliografie 306

CAPITOLUL 4. Convervia energiei electrice in energie mecanica prin utilizarea efectului magnetostrictiv direct 308
4.1. Materiale magnetostrictive 308
4.2. Terfenol-D caracteristici de material 310
4.3. Actuatorul magnetostrictiv liniar 313
4.4. Actuatorul magnetostrictiv cu bobine planare 315
4.5. Actuatorul liniar magnetostrictiv cu bobine cilindrice 322
4.5.1. Simulari numerice asupra actuatorului liniar magnetostrictiv cu bobine cilindrice 324
4.5.2. Modulatorul PWM utilizat pentru controlul actuatorului liniar magnetostrictiv cu bobine cilindrice 330
4.6. Realizarea practica a actuatorilor magnetostrictivi liniari 332
4.7. Optimizarea structurala a modelului unui actuator magnetostrictiv 336
4.8. Modelarea 3D a actuatorului liniar magnetostrictiv 345
4.9. Optimizarea geometrica a unui actuator linear magnetostrictiv cu doua bobine 353
4.10. Modulele electronice de comanda si control 357
4.11. Testarea actuatorului liniar magnetostrictiv 359
4.12. Tehnologii de realizare a actuatorilor liniari magnetostrictivi 364
4.13. Bibliografie 371

CAPITOLUL 5. Conversia energiei chimice in energie electrica 373
5.1. Hidrogenul ca solutie energetica de viitor 373
5.2. Conversia directa a hidrogenului in energie electrica in pilele de combustibil 374
5.3. Proiectarea unui ansamblu de pile de combustibil (Stack) 383
5.3.1. Definirea temei de proiectare 383
5.3.2. Componenta produsului pe subsisteme 383
5.3.3. Dimensionarea ansamblului de pile de combustibil (Stack) 386
5.3.4. Subsistemul 1. Dimensionarea tehnologica a anodului 388
5.3.5. Subsistemul 2. Dimensionarea tehnologica a catodului 396
5.3.6. Subsistemul 3. Dimensionarea tehnologica a sistemului de racire 404
5.4. Bibliografie 406

CAPITOLUL 6. Conversia energiei solare in energie electrica 410
6.1. Introducere 410
6.2. Consideratii generale. Celule fotovoltaice 411
6.3. Modelarea matematica a panourilor fotovoltaice 417
6.4. Analiza eficientei centralelor electrice fotovoltaice 422
6.4.1. Stadiul actual al dezvoltarii centralelor electrice fotovoltaice 422
6.4.2. Studiu de caz. Realizarea unui sistem de conversie fotovoltaica 425
6.4.3. Analiza defectelor modulelor fotovoltaice 432
6.5. Bibliografie 442

DESPRE AUTORI

Lucian PISLARU-DANESCU s-a nascut in data de 14 martie 1960, in Timisoara. A absolvit Facultatea de Electrotehnica din cadrul Universitatii Politehnica Bucuresti in 1985. A obtinut titlul de doctor in inginerie energetica, in domeniul „Power Engineering”, in 2005. Experienta sa de cercetare include Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Inginerie Electrica ICPE-CA Bucuresti, ca cercetator stiintific gradul I. Preocuparile in domeniul cercetarii includ: recoltarea de energie din mediul inconjurator, utilizand surse de energie cum sunt structurile piezo, fotovoltaice si electromagnetice; dezvoltarea modelelor si prototipurilor pentru actuatori electromagnetici, piezoelectrici si magnetostrictivi, inclusiv sursele pentru actuatori si conditionarea semnalului pentru elementele sensibile ale senzorilor.

Marius POPA s-a nascut la Vaslui, in 1972. Este licentiat in Microelectronica al Facultatii de Electronica si Telecomunicatii din cadrul Universitatii Tehnice “Gheorghe Asachi” Iasi, avand studii aprofundate in Microsisteme in cadrul Universitatii “Politehnica” Bucuresti. Este doctor in inginerie electrica din 2021. Experienta sa de cercetare include Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Inginerie Electrica ICPE-CA Bucuresti, ca IDT gradul I. Specializarile sale includ: achizitia si procesarea semnalelor; dezvoltarea prototipurilor, fabricarea, proiectarea si integrarea dispozitivelor microelectromecanice; modelarea multifizica si tehnologia LIGA.

George-Claudiu ZARNESCU s-a nascut in Bucuresti, la data de 8 iulie 1980. A absolvit, in 2003, Facultatea de Inginerie Electrica din cadrul Universitatii Politehnica Bucuresti si in 2011 a obtinut titlul de doctor in inginerie electrica. Experienta sa profesionala include activitatea la Centrul de Cercetare 3NanoSAE, Magurele, in cadrul Facultatii de Fizica, precum si la Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Inginerie Electrica ICPE-CA Bucuresti, ca cercetator gradul III. Domeniile sale de interes includ: structuri piezoelectrice, termoelectrice si electromagnetice; calculul campului electromagnetic; captarea energiei din vibratii; transferul de energie fara fir; conditionarea semnalelor de la elementele sensibile ale senzorilor si surse electronice pentru actuatori.

Gimi Aurelian RIMBU s-a nascut in anul 1972, in Bucuresti. Este absolvent al Facultatii de Chimie Industriala din cadrul Universitatii „Politehnica” din Bucuresti din anul 1998. Este doctor in inginerie chimica din anul 2004, cu o cariera de peste 25 de ani in cercetare, inovare si management stiintific. Experienta sa de cercetare include Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Inginerie Electrica ICPE-CA Bucuresti, ca cercetator stiintific gradul I. Expertiza sa stiintifica include competente in: stiinta materialelor, chimie si electrochimie, ingineria mediului, energie, biochimie si microbiologie. Activitatea sa se concentreaza pe
dezvoltarea de tehnologii avansate pentru producerea, stocarea si conversia energiilor regenerabile si alternative, generand solutii cu impact direct asupra sustenabilitatii, tranzitiei verzi si competitivitatii economice.

Lucia-Andreea EL-LEATHEY s-a nascut in Bucuresti, pe 1 octombrie 1987. A absolvit studiile de licenta si masterat in cadrul Facultatii de Energetica a Universitatii Politehnica din Bucuresti in 2010 si respectiv 2012. A obtinut titlul de doctor in inginerie energetica in cadrul aceleiasi universitati, in anul 2016. Experienta sa profesionala este legata de activitatea desfasurata la Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Inginerie Electrica ICPE-CA Bucuresti, ca cercetator stiintific gradul II. Domeniile sale de interes includ: sursele regenerabile de energie, microretelele mixte DC/AC, eficienta energetica, calitatea energiei electrice si integrarea surselor de generare distribuite in Sistemul Energetic National.