ENERGÍA Y MEDIO AMBIENTE

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ENERGÍA SOLAR

•Solar térmica para calentamiento de agua •Solar térmica para producción eléctrica •Solar fotovoltaica 2

ENERGÍA SOLAR La energía solar presenta dos características especiales muy importantes que la diferencian de las fuentes energéticas convencionales: dispersión e intermitencia. a. Dispersión: p En condiciones favorables,, la densidad de la energía g del sol apenas p alcanza 1 kw/m2, un valor muy por debajo del que se requiere para producir trabajo. Esto significa que, para obtener densidades energéticas elevadas, se necesitan grandes superficies de captación, o sistemas de concentración de los rayos solares. b. Intermitencia: La energía solar no es continua, lo cual hace necesarios sistemas de almacenamiento. El aprovechamiento de la energía solar se puede llevar a cabo de dos formas: el aprovechamiento pasivo y el activo. El aprovechamiento pasivo de la energía solar no requiere ningún dispositivo para captarla. Por ejemplo, se usa en la arquitectura para sistemas de calefacción f ó en climas fríos, fí a través é de grandes ventanas orientadas hacia donde el sol emite sus rayos durante la mayor parte del día. Otras aplicaciones comunes son el secado de productos agrícolas. Si embargo, Sin b ell uso o aprovechamiento h i t activo ti ofrece f soluciones l i más á interesantes. i t t Los L sistemas it activos se basan en la captación de la radiación solar por medio de un elemento denominado “colector”.

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ENERGÍA SOLAR El aprovechamiento p térmico de la energía g solar se divide en tres áreas: • Aprovechamiento de baja temperatura (menos de 90ºC): aplicado para calentamiento de agua y preparación de alimentos. • Aprovechamiento de mediana temperatura (menos de 300ºC): para aplicaciones industriales. • Aprovechamiento de alta temperatura (hasta 4.000ºC): aplicado para la generación de electricidad.

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ENERGÍA SOLAR S l té i Solar térmica para calentamiento de agua l t i t d Las principales aplicaciones de la energía solar térmica son: ‐ Producción de Agua Caliente Sanitaria (ACS). Proporciona porcentajes de cobertura hasta del 80%. En cantabria lo más habitual son porcentajes de cobertura del 60‐65%. ‐ Calefacción de baja temperatura Para que la calefacción sea apoyada por energía solar, debe ser de baja temperatura como la calefacción con suelo radiante. ‐ Calentamiento de agua de piscinas. Tanto cubiertas bi como descubiertas. d bi

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ENERGÍA SOLAR C l t Pl Colector Plano

Sistema Termosifón 

En el sistema solar forzado sólo hay que instalar el colector en el techo y el tanque en un lugar bajo techo Se denomina forzado techo. porque requiere una bomba de recirculación que transporte el agua del tanque al colector para ser calentada y viceversa. viceversa es más estético que un sistema termosifón; pero, requiere más material y su coste es mayor

Si t Sistema Forzado F d

El sistema termosifón es muy usado en climas donde no hayy p peligro g de congelación. g Por su fácil e independiente funcionamiento (circulación del agua entre colector y tanque por gravedad). Su instalación normalmente es sobre el techo y el tanque q tiene q que estar ubicado en una p posición superior a la del colector. 6

ENERGÍA SOLAR

Sistema Integrado

Dentro de una caja aislada por sus costados, y en su parte inferior, se instala un cilindro metálico negro que debe recibir la radiación del sol directa, y la reflejada por los lados, los cuales cuentan con papel aluminio reflejante. De esta manera se calienta el agua dentro del recipiente durante las horas de sol y el cobertor térmico transparente reduce las pérdidas caloríficas al mínimo durante las horas sin sol.

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ENERGÍA SOLAR Secador solar para madera

Deshidratador solar

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ENERGÍA SOLAR

Desventajas de la cocina solar Se requiere más tiempo para cocinar (generalmente más de  1 hora).  Depende de las condiciones del tiempo para poder cocinar.  No es posible en invierno con días nublados o con lluvia.  Se requiere una temperatura elevada.  solo se puede ocupar de día. 

Ventajas de la cocina solar Facilidad de uso. N contaminan. No t i N necesitan No it electricidad, l t i id d nii combustible. b tibl Se economiza en cuanto a dinero utilizado en la cocción de alimentos. La tecnología y conocimientos necesarios de fabricación es muy accesible. ibl Existe alta disponibilidad de los materiales de fabricación. Es una buena solución en lugares donde el clima permite su uso cotidiano. E un beneficio Es b fi i en países í y sitios iti d d los donde l recursos energéticos para cocinar son escasos o de costos demasiado altos. 9

ENERGÍA SOLAR S l té i Solar térmica para producción eléctrica d ió lé t i Una central térmica solar o central termosolar es una instalación industrial en la que, a partir del calentamiento de un fluido mediante radiación solar y su uso en un ciclo termodinámico convencional, se produce d l potencia la i necesaria i para mover un alternador l d para generación ió de d energía í eléctrica lé i como en una central térmica clásica. Constructivamente, es necesario concentrar la radiación solar para que se puedan alcanzar temperaturas elevadas, de 300 º C hasta 1000 º C, y obtener así un rendimiento aceptable en el ciclo termodinámico. La captación y concentración de los rayos solares se hacen por medio de espejos con orientación automática que apuntan a una torre central donde se calienta el fluido, o con mecanismos más pequeños de geometría parabólica.

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ENERGÍA SOLAR La tecnología cilindro‐parabólica basa su funcionamiento en seguimiento solar y en la concentración de los rayos solares en unos tubos receptores de alta eficiencia térmica localizados en la línea focal de los cilindros. En estos tubos, un fluido transmisor de calor, tal como aceite sintético es calentado a aproximadamente 400 ºC por los rayos solares concentrados. Este aceite es bombeado a través de una serie de intercambiadores de calor para producir vapor sobrecalentado. El calor presente en este vapor, se convierte en energía eléctrica en una turbina de vapor convencional. Ésta es la clave para su entendimiento. Estas centrales termosolares de colectores cilindro‐parabólicos se emplean a escala industrial para la generación de energía eléctrica de 10 a 100MW .

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ENERGÍA SOLAR S l f t Solar fotovoltaica lt i Consiste en el aprovechamiento de la luz del sol para producir de forma directa energía eléctrica. La célula fotovoltaica es un dispositivo electrónico basado en silicio, que genera una corriente eléctrica de forma directa al recibir luz, por medio del efecto fotovoltaico. Las células fotovoltaicas se combinan en serie, dando lugar a los paneles comerciales, los cuales a su vez pueden combinarse para conseguir las potencias adecuadas a cada necesidad. El rendimiento máximo obtenido en laboratorio ha superado el 30%, 30% mientras que en paneles comerciales se puede alcanzar un 14% o 15% Otro elemento fundamental en la instalación es el inversor, que es el encargado de convertir la corriente continua de los paneles solares a corriente alterna. Es importante que esta labor se realice sin pérdidas considerables de potencia.

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ENERGÍA SOLAR Sistema fotovoltaico: Un conjunto de equipos construidos e integrados especialmente para realizar cuatro f funciones f d fundamentales: l •Transformar directa y eficientemente la energía solar en energía eléctrica. •Almacenar Al adecuadamente d d t la l energía í eléctrica lé t i generada. d •Proveer adecuadamente la energía producida (el consumo) y almacenada. •Utilizar eficientemente la energía producida y almacenada. En el mismo orden antes mencionado, los componentes fotovoltaicos encargados de realizar las funciones respectivas son: 1. El módulo o panel fotovoltaico 2. La batería 3. El regulador de carga 4. El inversor 5. Las cargas de aplicación (el consumo)

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ENERGÍA SOLAR Una celda fotovoltaica es el componente que capta la energía contenida en la radiación solar y la transforma en una corriente eléctrica, basado en el efecto fotovoltaico que produce una corriente eléctrica cuando la luz incide sobre algunos materiales. L celdas Las ld fotovoltaicas f l i son hechas h h principalmente i i l d un grupo de de d minerales i l semiconductores, i d de los cuales el silicio, es el más usado. El silicio se encuentra abundantemente en todo el mundo porque es un componente mineral de la arena. Sin embargo, tiene que ser de alta pureza para lograr el efecto fotovoltaico, fotovoltaico lo cual encarece el proceso de la producción de las celdas fotovoltaicas.

Una celda fotovoltaica tiene un tamaño de 10 por 10 centímetros y p produce alrededor de un vatio a p plena luz del día. Normalmente las celdas fotovoltaicas son color azul oscuro. La mayoría de los paneles fotovoltaicos consta de 36 celdas fotovoltaicas.

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ENERGÍA SOLAR S l f t Solar fotovoltaica lt i La energía eléctrica generada mediante este sistema puede ser aprovechada de dos formas: Conexion a red. La energía producida se vierte a la red, estándo la compañia eléctrica obligada g a comprarla p a un p precio estipulado p y garantizado.

Aislada Para ser consumida en lugares aislados, donde no existe una red elétrica convencional yya sea una vivienda aislada,, una estación repetidora de telecomunicaciones, un bombeo de agua, una baliza de señalización en el mar, etc.

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ENERGÍA SOLAR VENTAJAS: •Instaladas en tejado no hay ocupación del territorio. •Prácticamente Prácticamente no genera impactos negativos (no hay ruidos, no afecta a la fauna, etc.). •Los p paneles fotovoltaicos tienen bajo j mantenimiento y vida media superior a 30 años.

DESVENTAJAS: •Fotovoltaicas: amortización a largo plazo y  déficit en la producción de pastillas de silicio •No No funciona de noche (solucionado  funciona de noche (solucionado parcialmente en solar térmica) •Faltan políticas municipales de apoyo a su  instalación en edificios • Los huertos solares ocupan espacio

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ENERGÍA EÓLICA La energía eólica tiene una procedencia directa de la energía solar, entre el 1% y 2% de la energía solar que llega a la Tierra se convierte en energía eólica, una característica fundamental de ese tipo de energía es su gran aleatoriedad, aleatoriedad por lo que resulta complicado estimar la cantidad de energía eólica de la que vamos a disponer en un intervalo determinado de tiempo, además presenta una gran variación local, superior a la de la energía solar. solar

La energía eólica es la energía cinética que posee una masa de aire que se encuentra en  movimiento asimismo la energía cinética del viento depende de la densidad del aire, es  movimiento, asimismo la energía cinética del viento depende de la densidad del aire es decir, de su masa por unidad de volumen, en otras palabras, cuanto "más pesado" sea el  aire, más energía recibirá la turbina. Por lo tanto la variable básica de la que debemos partir  para estimar el potencial eólico de un determinado emplazamiento es la velocidad de  para estimar el potencial eólico de un determinado emplazamiento, es la velocidad de viento. Unidades de medida de la energía g eólica la energía eólica se mide en Kilowatios hora (KWh) o Megavatios hora (MWh), junto con la unidad de tiempo durante la que se ha hecho la medida (hora, día, mes, ...) 17

ENERGÍA EÓLICA Los primeros mecanismos impulsados por el viento fueron molinos de eje vertical, usados  para bombeo de agua en China. Los de eje horizontal surgieron en el área de la antigua  Persia; por ejemplo, el molino tipo mediterráneo, con su  característico rotor a vela, el cual  se utilizó para moler granos y bombear agua en todos los territorios de influencia islámica.

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ENERGÍA EÓLICA Hay tres componentes del viento que determinan la potencia disponible de un sistema de  conversión de energía eólica: 1. Velocidad del viento: es un parámetro crítico porque la potencia varía según el cubo de la velocidad del viento. viento Además, Además la velocidad varía directamente con la altitud sobre el suelo, suelo por la fricción. Las turbinas eólicas requieren una velocidad de viento mínima para empezar a generar energía: para pequeñas turbinas, este es, aproximadamente, de 3,5 m/s; para turbinas grandes, 6 m/s, como mínimo. 2. Características del viento (turbulencia): mientras que los modelos de viento globales ponen el aire en movimiento y determinan, a grandes rasgos, el recurso del viento en una región, rasgos g topográficos p g locales, q que incluyen y formaciones ggeográficas, g flora y estructuras artificiales, pueden mostrar la diferencia entre un recurso eólico utilizable y uno que no lo es. 3. Densidad del aire: temperaturas bajas producen una densidad del aire más alta. Mayor densidad produce un rendimiento más alto de la potencia de la pala, para una velocidad del viento dada.

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ENERGÍA EÓLICA El dispositivo que se utiliza para aprovechar la energía contenida en el viento y transformarla en eléctrica es la turbina eólica. Una turbina obtiene su potencia de entrada convirtiendo la energía cinética del viento en un par (fuerza de giro), giro) el cual actúa sobre las palas o hélices de su rotor. Para la producción de electricidad la energía rotacional es convertida en eléctrica por el generador que posee una turbina; en este caso, llamado aerogenerador. aerogenerador Aparte de las características del viento, la cantidad de energía que pueda ser transferida depende de la eficiencia del sistema y del diámetro del rotor.

•Rotor •Tren de potencia o conversión mecánica •Sistema eléctrico •Chasis •Sistema de orientación •Torre •Sistema de seguridad 20

ENERGÍA EÓLICA Cálculo Cál l de d la l energía í eólica óli La energía en el viento es cinética. Su valor es el producto de la masa por 1/2 del cuadrado de la velocidad del viento “V”. La masa contenida en una unidad de volumen [1 m3] de aire se define como la densidad p [kg/m3] del aire. aire Entonces, Entonces la energía cinética por unidad de volumen (o sea la contenida en una unidad de volumen) es igual a:

El volumen que por segundo pasa a través de un área A [m2] normal a la dirección de la  3/s]. Entonces el flujo de energía por segundo,  g p j g p g velocidad del viento es igual al producto AV [m o sea, la potencia a través de un área A es igual a: VA A que p prestar atención al dato de q que la p potencia eólica depende p del cubo de la Hayy q velocidad del aire. Por lo tanto, la velocidad es el factor más importante a la hora de calcula la energía eólica. Cálculo de la densidad del aire En los sistemas de medición, la densidad del aire juega un papel muy importante. Ésta presenta grandes variaciones a diferentes alturas y a diferentes temperaturas. La diferencia de densidad de aire entre ‐10 10 °C C y +30 °C C es de 0.177 0 177 kg/m3. La densidad es: en kg/m3; Presión de aire = p, Constante de los gases R, Temperatura en Kelvin = T

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ENERGÍA EÓLICA Una turbina eólica nunca va a ser capaz de extraer toda esta energía, por lo que es interesante disponer de un factor que nos indique la eficiencia de una determinada máquina. Ese factor es el coeficiente de potencia Cp, que determina el rendimiento aerodinámico del rotor. Es decir:

En forma teórica se ha obtenido el máximo valor que puede obtener este coeficiente que se denomina "límite de Betz" y su valor representativo es del orden de 0,5926. 0 5926

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ENERGÍA EÓLICA VENTAJAS: •Versatilidad: molinos de unos pocos KW a 5 MW •Muy rentables •Ideal: Id l Explotación E l t ió municipal i i l o mancomunall para el autoconsumo

DESVENTAJAS: •Ruido •Ocupación del territorio •Afección a la avifauna •Impacto I paisajístico i jí i •Inestable: depende del viento • La instalación de grandes parques eólicos controlados por multinacionales no es la alternativa

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ENERGÍA EÓLICA Eólica marinas “off shore” Eólica marinas “off shore” La energía eólica marina tiene muchas similitudes con la energía eólica que se instala en tierra. Sin embargo, también tiene aspectos diferenciadores que la hacen única. La energía eólica óli marina i permite it realizar li un aprovechamiento h i t energético éti de d los l mares donde d d los l vientos son más fuertes y constantes. De todas las energías renovables, la eólica marina reúne la combinación más favorable entre coste de la energía y riesgo de menor producción de la estimada o cortes en el suministro

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ENERGÍA EÓLICA El consorcio formado por Iberdrola Renovables y Vattenfall se ha adjudicado en Reino Unido los derechos de construcción de uno de los mayores parques eólicos del mundo, con una potencia de hasta 7.200 megavatios (MW). El futuro parque eólico se ubicará en la costa de East Anglia, en el Mar del Norte, y contará con entre 1.000 y 2.000 turbinas. Su potencia supera los cálculos iniciales, que cifraban en 5 000 MW la 5.000 l capacidad id d de d desarrollo d ll de d la l zona elegida, l id con una superficie fi i de d 5.878 5 878 kilómetros cuadrados y con escasa profundidad. Ventajas orográficas Entre los puntos fuertes de la ubicación, ubicación Iberdrola destaca sus buenos recursos eólicos, eólicos las profundidades inferiores a los 45 metros, la cercanía con varios puertos británicos con potencial industrial, la posibilidad de acceder a la red eléctrica, la relativa proximidad a la costa (14 kilómetros en el punto más cercano) y el alto nivel de cualificación de los trabajadores del proyecto. El futuro parque 'off shore' superará con creces el tamaño del mayor complejo de eólica marina actualmente operativo, el de Horns Rev (Dinamarca), de 400 MW, y será siete veces mayor que el gran proyecto en construcción en el Estuario del Támesis, el London Array, de 1.000 MW.

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ENERGÍA EÓLICA

Barcos arrastrados por cometas p Cuando el buque se encuentre en alta mar la propulsión convencional se verá ayudada por una cometa colocado en un mástil de 15 m. La cometa tiene una superficie de 160 m cuadrados y un coste de medio millón de euros, incluyendo el sofisticado ordenador encargado de controlarla. Si es necesario la cometa se puede alejar hasta 300 m sobre el buque para ayudar a arrastrar las 10.000 toneladas que pesa el “Beluga SkySails”. En condiciones favorables de viento la cometa puede ahorrar hasta un 20% en el consumo de combustible y reducir en una 5ª parte las emisiones de CO2.

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