Energia solar: sistemas térmicos para agua caliente sanitaria

Nuestro primer post en esta sección va dedicado a la energia solar térmica, debido al clima que tenemos en nuestro país España es hoy en día una de las mejores opciones si queremos comenzar aprovecharnos de este tipo de energías, instalar placas solares y sacarles un buen rendimiento.

Energia Solar Térmica

Hoy en día la energía solar térmica supone en la mayoría de los casos dejar cubiertas las  necesidades de una vivienda para el agua caliente sanitaria en más de un 70 %

Su uso ha ido aumentando desde que el gobierno lo estableciera como uso obligatorio en las viviendas de nueva construcción para intentar bajar la factura del petróleo y energías fósiles en el año 2006. Actualmente son muchas las viviendas que tienen instaladas uno o dos paneles solares en kitdeenergiasolar.com con un depósito de 160 litros o 200 litros para el agua caliente.

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¿Cómo funciona un sistema de energia solar?

El funcionamiento de estos sistemas es realmente simple y eficaz:

  • Constan de una tubería de ida y otra de retorno al grupo de paneles solares que conectan directamente con un serpentín en la zona del depósito solar
  • Un sistema de de dos sondas de temperatura, la primera en va instalada en los paneles solares y la segunda en el depósito del sistema.
  • Una centralita inteligente que trabaja con un grupo de bombeo, de esta forma cuando la centralita detecta que hay una temperatura superior en los paneles solares respecto a la que tiene en el depósito,  manda re-circular a la bomba solar para que transmita el calor  al depósito del sistema solar.
  • Un depósito con dos tomas al serpentín para el circuito primario, y con varias tomas de agua distintas, una de entrada del agua fría, otra para la salida de agua caliente y una pequeña cavidad para instalar la sonda de temperatura.

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Funcionamiento y propósito:

El sistema solar funciona de la siguiente manera, cuando la centralita detecta una diferencia de temperatura de unos 10 grados superior entre los paneles solares y el depósito envía una señal para que la bomba del grupo de bombeo empiece a re-circular y a aportarnos todo el calor que pueda al depósito.

Cuando esta diferencia de temperatura se acorta y tiende a igualarse la centralita da señal para que  la bomba pare, ya que no puede seguir aportándonos calor porque las temperaturas se van igualando.

Dos circuitos distintos:

  1. Circuito primario: El circuito primario del sistema solar es el que va de los paneles al depósito, es un circuito cerrado que lleva una mezcla de agua con anticongelante para que el agua sea más densa y puedas soportar los picos de temperatura tanto altas como bajas, de esta forma conseguimos proteger mejor los equipos ante las altas temperaturas que podamos tener en verano, así como heladas que podamos tener en invierno.
  2. Circuito secundario: El circuito secundario es el que lleva el agua de consumo directamente a nuestra vivienda. Es un circuito abierto que lleva la toma de agua frio conectada al depósito y nos entrega la toma de agua caliente de salida a nuestra vivienda, en esta ultima toma debemos de conectar una válvula termostática por seguridad para evitar quemaduras y que el agua nos salga a mas de 45 grados.

Otras Seguridades:

Este tipo de sistemas deben de llevar una válvula de seguridad para poder controlar a las presiones que trabajan los distintos circuitos tanto el del panel solar como el del acumulador de agua y evitar que las tuberías rompan por un exceso de temperatura.

Así mismo es aconsejable instalar dos vasos de expansión tanto en el circuito primario como en el secundario, tener en cuenta de que deben de ser dimensionados en función de la capacidad del depósito y los metros y diámetros de tubería que tengamos, y deben de ser diferentes ya que uno se va a encargar del circuito primerio que lleva una mezcla de agua y anticongelante, y el otro va a trabajar con el agua de consumo para la vivienda.

Baterías

Una batería o acumulador es un dispositivo formado por celdas electroquímicas que convierten la energía química en electricidad. Cada celda tiene un ánodo (electrodo positivo) y un cátodo (electrodo negativo). Los electrodos están sumergidos en un electrolito que hace que los iones se muevan entre los electrodos para conseguir que la corriente fluya fuera de la batería.

El funcionamiento de un acumulador se basa en el proceso químico llamado reducción-oxidación. Se trata de un proceso por el cual un componente se oxida y pierde electrones y otro los gana. Los componentes no son consumidos sino que simplemente cambian su estado de oxidación y pueden volver a su estado original.

Hay que hacer una diferenciación fundamental entre pilas y baterías. Las pilas tienen celdas primarias que transforman la energía química en energía eléctrica pero que se agotan con el uso. Las baterías, sin embargo, tienen celdas secundarias que pueden ser recargadas varias veces porque la composición original de los electrodos se restaura con la corriente inversa, y por tanto, pueden ser utilizadas una y otra vez.

Hay una serie de elementos que se han de tener en cuenta al elegir una batería o acumulador:

En primer lugar la tensión o potencial, que se expresa en voltios. Según sea el uso al que se destina la batería requerirá un mayor voltaje.

También es importante la capacidad de carga. Se mide en amperios/hora. Se trata de la cantidad de carga que puede almacenar la batería.

Tanto el voltaje como la capacidad de la batería determinarán la cantidad de energía que puede suministrar una batería.

Hay muchos tipos de baterías diferentes como las baterías de ácido-plomo que son las que utilizan los coches, las baterías de iones de litio que usan los móviles, tabletas y ordenadores y las baterías recargables de Ni-HM, utilizadas en cámaras fotográficas digitales, juguetes, radios, linternas, MP3 etc.

Baterías de ácido-plomo

Tienen dos electrodos de plomo y el electrólito es una disolución de ácido sulfúrico. Sus ventajas fundamentales son que tienen un coste bajo y se fabrican fácilmente. Su vida útil no es demasiado larga, contaminan y tienen un peso excesivo. Son las que se usan en los coches pero también en sistemas fotovoltaicos.

Baterías de iones de litio

Las baterías de iones de litio tienen un ánodo de grafito y un cátodo de óxido de cobalto, trifilina u óxido de manganeso. Tienen altas densidades de capacidad pero no admiten descargas completas. Son las que se usan en dispositivos móviles, tabletas, libros electrónicos, etc.

Baterías de níquel-hidruro metálico

Es una batería recargable que tiene un ánodo de oxihidróxido de níquel y un cátodo de una aleación de hidruro metálico. Cada pila de Ni-MH puede proporcionar un voltaje de 1,2 voltios y una capacidad entre 0,8 y 2,9 amperio-hora. Este tipo de baterías tienen aplicaciones en los vehículos de propulsión eléctrica y tiene también amplios usos de tipo doméstico como linternas, cámaras, mp3, etc.

Estas son solo algunos de los tipos de acumuladores más comunes pero en realidad hay una gama tremendamente amplia, por eso, lo mejor es consultar con un buen profesional que te aconseje la batería que mejor se adapta a tus necesidades.

Energía Geotérmica

La energía geotérmica es la energía que se obtiene del aprovechamiento del calor del subsuelo de la Tierra. Volcanes, geiseres, aguas termales…, todos ellos son fenómenos naturales que dan cuenta del enorme potencial calórico del interior de nuestro planeta. La energía geotérmica es una de las energías renovables más desconocidas por el gran público. Es una energía limpia y muy eficiente.

El calor del subsuelo se extrae mediante perforaciones a través de las cuales se accede a los yacimientos geotérmicos del interior de nuestro planeta.

Hay varios tipos de yacimientos geotérmicos:

Yacimientos de agua caliente

Son yacimientos de aguas termales que pueden formar una fuente o ser subterráneos. El agua puede fluir al exterior de forma natural o se puede extraer por bombeo. Según la temperatura del agua hay diferentes formas de energía geotérmica: de alta temperatura, de temperatura media, de temperatura baja y muy baja. Para producir electricidad con un buen rendimiento la temperatura mínima debe estar entre los 120 y 180 °C.

Yacimientos secos

Se da cuando en una zona a poca profundidad hay materiales calientes pero secos, como puedan ser rocas calientes. En estos casos lo que se hace perforar e inyectar agua, que al contacto con los materiales calientes adquiere temperatura. Esta agua se recupera por otra perforación y se aprovecha.

Los usos de la energía geotérmica son muchos. Las principales aplicaciones son obtener energía eléctrica, climatización y agua caliente. Se puede usar tanto en oficinas, fabricas, etc. como en viviendas particulares. Para determinarlos hay que hacer una diferenciación de los yacimientos por temperaturas:

  • Temperatura alta: más de 150 ºC. Son yacimientos que están a tres o cuatro kilómetros hacia el interior de la tierra. Estas temperaturas permiten transformar la energía termina en energía eléctrica.
  • Temperatura media: entre 90 y 150 ºC. Están a menos profundidad y se produce energía eléctrica utilizando un fluido de intercambio.
  • Temperatura baja: entre 30 y 90 ºC. Están mucho más cerca de la superficie y no hay suficiente temperatura para producir energía eléctrica, así que se usa para calefacción.
  • Temperatura muy baja: menos de 25 ºC. Son los yacimientos más superficiales. Se utilizan para la obtención de agua caliente y para climatización y calefacción sobre todo de uso doméstico. Se necesita emplear bombas de calor.

La energía geotérmica tiene ventajas importantes como que produce menos residuos que otros combustibles, contamina mucho menos y permite un gran ahorro energético y económico pero hay que tener en cuenta que no es una energía del todo inagotable.

España tiene una gran potencial de energía geotérmica que ya se ha aprovechado en algunos proyectos de envergadura como la climatización de una estación del Metro de Madrid.

Energía Eólica

En los últimos años los paisajes españoles han experimentado muchos cambios pero quizás uno de los más llamativos ha sido la aparición de los modernos molinos de viento. Cuando viajamos por carretera los vemos continuamente, sobre todo en algunas regiones: son los aerogeneradores.

La energía eólica es aquella que genera electricidad aprovechando la fuerza del viento. En realidad, su uso no es nuevo, pues ya desde antiguo se utilizaban los molinos para diversas labores, sobre todo para bombear agua para la agricultura.

Actualmente los utilizamos para generar electricidad y para ello son necesarios los aerogeneradores, que están conectados a las grandes redes de distribución de energía eléctrica. Estos molinos tienen unas enormes aspas que, al girar por la acción del viento, mueven una turbina que transforma la energía cinética del viento en energía mecánica. Para que sean rentables se suelen instalar agrupados en los llamados parques eólicos.

Los hay de diferentes tamaños, incluso para uso doméstico, pero los aerogeneradores comerciales suelen tener una potencia de 2,5 MW y sus aspas alcanzan los 80 m. de diámetro. A mayor longitud de las aspas más potencia tienen los molinos y por tanto, mayor es la cantidad de energía que generan.

La instalación de un parque eólico genera una inversión importante en el momento de la instalación pero luego, al no necesitar ningún tipo de combustible, resulta bastante barato de mantener en comparación con otro tipo de instalaciones. El montaje de los molinos suele hacerse in situ. Suelen llevarse las piezas por separado y se montan en el sitio donde van a estar instaladas definitivamente.

La energía eólica es una de las llamadas energías renovables, es decir, que no se agotan con el uso. Es también una energía ecológica y respetuosa con el medio ambiente, pues no genera ningún tipo de elemento contaminante con lo que ayuda en la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. Desde algunos sectores se apunta al impacto visual en el paisaje como algo negativo, y es cierto, pero en realidad las ventajas para el medio natural que ofrece este tipo de energía son mucho mayores que sus desventajas, ya que se trata de una energía limpia.

En la instalación de los campos de aerogeneradores actualmente se hacen estudios previos sobre el lugar en que se pretenden ubicar. Se realiza un estudio de vientos, con mediciones de viento a diferentes alturas para comprobar la velocidad y la dirección. Para poder usar la energía del viento este debe alcanzar una velocidad mínima de entre 10 y 14 km/h y no debe superar los 90 km/h, dependiendo del aerogenerador.

Además se tienen en cuenta algunos aspectos como el respecto a las aves del entorno, que la distancia hasta los pueblos de alrededor sea bastante grande y se intenta evitar que interfieran con las señales electromagnéticas de la zona.

Otra de las ventajas es que los parques eólicos se pueden situar tanto en lugares que no sirvan para otros usos, como zonas desérticas, como en zonas con otros aprovechamientos agrícolas o ganaderos con los que puede convivir sin interferencias.

Poco a poco se va extendiendo también el uso doméstico de esta energía (es la llamada energía mini eólica). La microgeneración de energía eólica son pequeños sistemas de hasta 50 kw de potencia, que permiten, por ejemplo, proporcionar electricidad a zonas que no tienen acceso a la red eléctrica o incluso instalarla en hogares para tener una menor dependencia de la red eléctrica, con el consiguiente ahorro económico.

Uno de los mayores inconvenientes que tiene la energía eólica es que no hay viento en todo momento, por lo que no puede, hoy por hoy, ser utilizada como única fuente de energía. Pero se está trabajando en ello de forma que se pueda minimizar este problema.

En los últimos años estamos viendo también la proliferación de los parques eólicos marinos, situados en el mar cerca de la costa, que aunque su construcción resulta más cara que la de los parques eólicos en tierra, también es cierto que el viento es más estable y fuerte en el mar por lo que la cantidad de energía generada es mucho mayor. Además, su impacto visual también es menor en el mar.

España es en la actualidad uno de los países en que mayor cantidad de energía eólica se genera. Nuestro país es el segundo productor mundial de energía eólica, después de Alemania. La energía eólica es capaz de generar una importante cantidad de la energía total consumida por nuestro país.

Biomasa

Biomasa en la materia orgánica de origen vegetal o animal que puede ser aprovechada energéticamente. Se incluyen los residuos o desechos producidos por las actividades agrícolas, ganaderas y forestales y por las industrias relacionadas como la industria alimentaria o la de la madera. También los cultivos creados específicamente para la creación de biomasa, los llamados cultivos energéticos.

En realidad la idea es muy sencilla. Las plantas transforman la energía del sol en energía química mediante la fotosíntesis y parte de esta energía se almacena en forma de materia orgánica, que puede ser aprovechada para cubrir nuestras necesidades energéticas. De esta forma la materia orgánica formada de forma biológica origina energía renovable.

Aunque la biomasa ha sido utilizada como fuente de energía desde tiempos inmemoriales, es en los últimos años cuando ha resurgido su uso de forma significativa. El encarecimiento del precio del petróleo y la necesidad de buscar formas de energía alternativas a los combustibles fósiles ha hecho que las energías renovables sean una alternativa viable.

Podemos distinguir diferentes tipos de biomasa:

La biomasa natural. Es la producida en ecosistemas naturales sin la intervención del hombre para crearla. Se trata fundamentalmente de residuos forestales: limpieza de bosques, ramas, etc.

La biomasa residual. Es la que generamos los hombres al utilizar materia orgánica. Es el caso de los excedentes agrícolas que no son empleados en alimentación y que se emplean como combustible en plantas de generación de electricidad o se transforman en biocombustibles.

También se podría considerar biomasa residual a los cultivos energéticos, que son cultivos creados exclusivamente para la producción de energía. Entre ellos hay cultivos tradicionales como los cereales o caña de azúcar y otros no convencionales como el sorgo dulce.

El aprovechamiento de la biomasa puede hacerse directamente por ejemplo con la combustión o transformándola en otras sustancias que se aprovecharán después como combustibles. Para la conversión de biomasa en energía se utilizan diversos procesos atendiendo a la gran variedad de materiales que se pueden considerar biomasa. Pueden ser procesos físicos, químicos, termoquímicos y biológicos.

La combustión de biomasa es una forma de aprovechamiento directo. Se utiliza para generar calor y vapor que tiene su uso práctico principalmente en calefacción o en generación de electricidad.

Dentro de los procesos de transformación de la biomasa en combustibles están la gasificación, la producción de biocombustibles o la co-generación de vapor y electricidad.

La gasificación es el proceso que lleva a la producción de biogás, que es un combustible gaseoso que se utiliza fundamentalmente en motores de combustión interna.

La producción de biocombustibles como el etanol y el biodiesel se están usando para sustituir a los combustibles fósiles sobre todo en el sector de los transportes.

La Co-generación que es la producción de vapor y electricidad cuyo uso más extendido es en el sector industrial.

Las ventajas de la utilización de biomasa como fuente de energía son innumerables. Quizá la más llamativa de ellas es que es una energía limpia. La electricidad generada a partir de biomasa es una energía verde, está libre de emisiones de dióxido de carbono (CO2).

El aprovechamiento de la biomasa como fuente de energía alternativa además contribuye de forma importante al sostenimiento del medio rural. El aprovechamiento de bosques y de residuos agrícolas, ganaderos y forestales es una forma de crear nuevos puestos de trabajo en el medio rural sin destruirlo.

Los Biocombustibles

Biocombustibles es la materia orgánica de origen vegetal o animal, incluido los desechos producidos por las actividades agrícolas, ganaderas y forestales y por las industrias relacionadas, que puede ser aprovechada energéticamente. Hay cultivos creados específicamente para la elaboración de biomasa: los llamados cultivos energéticos.

Para la conversión de biomasa en energía se utilizan diversos procesos, uno de los cuales es la transformación en combustibles. Los biocombustibles son combustibles elaborados biológicamente a partir de biomasa. Sus componentes proceden habitualmente de especies agrícolas como el maíz o de plantas oleaginosas como la soja o el girasol. También pueden emplearse especies forestales como el pino.

Aunque los biocombustibles se conocen desde hace muchas décadas es en los últimos años cuando la subida del precio del petróleo y la creciente preocupación por el calentamiento global ha hecho que los biocombustibles pasen a contemplarse como una alternativa real al uso de los combustibles tradicionales.

Los biocombustibles más utilizados actualmente son el bioetanol y el biodiésel.

El bioetanol o etanol de biomasa se elabora por fermentación alcohólica del azúcar de plantas como el trigo, el maíz, la caña de azúcar o la remolacha. Existen distintos procesos de fabricación de biocombustibles pero lo más habitual es usar reacciones químicas, fermentación y calor para descomponer los almidones y azúcares de las plantas. Los productos que quedan se refinan posteriormente para producir biocombustible. El etanol puede ser usado en motores en lugar de la gasolina o puede ser mezclado con ella como ocurre en la mayor parte de la gasolina utilizada en Estados Unidos.

El biodiésel se elabora a partir de aceites vegetales como la semilla de colza, la mostaza, el lino, el girasol, el aceite de palma o las algas. El biodiésel puro, fabricado del aceite de palma, es el combustible diesel de menor emisión y es el más utilizado en Europa. Es mucho más ecológico que los otros y además es biodegradable.

Otros biocombustibles menos utilizados son el metanol o el butanol.

También hay una serie de biocombustibles llamados de segunda generación, muchos de ellos aún en proceso de investigación y que son elaborados sobre todo a partir de cultivos energéticos. Son el etanol de celulosa, el combustible de algas, el biohidrógeno, el biometanol y un largo etc.

Las ventajas del uso de biocombustibles respecto al uso de los combustibles fósiles como el petróleo o el carbón son muchas pero hay que destacar sobre todo que son combustibles limpios que reducen el volumen total de CO2 que se emite a la atmósfera. Las plantas absorben dióxido de carbono mientras van creciendo por lo que los cultivos destinados a fabricar biocombustible absorben ellos mismos el CO2. Además los biocombustibles son un recurso renovable ya no se agotan con su uso como el petróleo o el carbón.
Pese a que las ventajas de los biocombustibles para el medio ambiente son indudables en los últimos años se está produciendo una tendencia preocupante en este aspecto. Las primeras producciones de biocombustibles se elaboraban a partir de los restos de otras actividades agrícolas o forestales pero en los últimos años algunos países subdesarrollados, especialmente en Asia, están destruyendo sus espacios naturales, talando bosques y selvas de forma indiscriminada para crear plantaciones de cultivos energéticos.

Sin embargo, y pese a casos como este, que igual convendría atajar con una buena regulación legal, el uso de biocombustibles sigue siendo una alternativa más respetuosa con el medio ambiente que el uso de los combustibles fósiles tradicionales.