Las energías renovables más empleadas en los sectores residencial, industrial y terciario

Una aproximación a las energías renovables más eficientes
solar panels city at china

En este artículo os exponemos de manera resumida las principales características de las energías renovables más empleadas en viviendas y negocios para satisfacer parte de la demanda energética de un edificio o actividad y que resultan un gran complemento para las medidas de Eficiencia Energética. 

ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA 

La energía solar fotovoltaica aprovecha la radiación solar transformándola directamente en energía eléctrica mediante el efecto fotovoltaico, que consiste en la emisión de electrones por un material cuando se le ilumina con radiación electromagnética (en este caso radiación solar). 

Existen distintas tecnologías fotovoltaicas (fijas, seguimiento solar a un eje y seguimiento solar a dos ejes) pero la mayoría se basan en el silicio. 

Las instalaciones solares fotovoltaicas pueden ser básicamente de dos tipos: instalaciones aisladas, orientadas fundamentalmente a aplicaciones de bombeo, señalización, comunicaciones y electrificación rural, e instalaciones conectadas a red, orientadas a la venta de energía eléctrica y autoconsumo. 

Las posibilidades de aplicación de la energía solar fotovoltaica son inmensas y abarcan desde las más aplicaciones más simples como calculadoras y relojes solares, a las más complejas como grandes plantas de generación eléctrica o sistemas de alimentación para satélites artificiales.

Existen dos tipos de instalaciones: 

  • Las instalaciones aisladas de la red eléctrica, que se utiliza cuando la red eléctrica está alejada de los puntos de consumo y son especialmente útiles para zonas inaccesibles de esta.
  • Las instalaciones conectadas a la red, en las que se genera la energía limpia y se conecta a la red, con la posibilidad de verter a esta los excedentes de producción 

De manera resumida, un sistema de autoconsumo con conexión a red funciona de la siguiente manera: 

  1. La radiación solar (los fotones) inciden sobre la placa fotovoltaica.
  2. Las células del panel fotovoltaico convierten esa radiación en electricidad, en forma de corriente continua.
  3. La corriente continua generada se dirige a un inversor solar para su conversión en corriente alterna, que es la que usamos para alimentar cualquier dispositivo eléctrico, a 120 o 240 voltios.
  4. Esa corriente alterna, se transporta hasta la caja de conexiones de nuestra vivienda o negocio.
  5. La electricidad entonces se distribuye en función de los consumos demandados en la vivienda en cada momento.
  6. En caso de que la electricidad generada por los paneles solares no sea suficiente, la vivienda o negocio tomará de la red eléctrica la parte que necesite. 

ENERGÍA SOLAR TÉRMICA 

La energía solar térmica aprovecha la radiación del Sol para calentar un fluido que, por lo general, suele ser agua o aire. La capacidad de transformar los rayos solares en calor es, precisamente, el principio elemental en el que se basa esta fuente de energía renovable. 

En una instalación térmica, los captadores solares se valdrán de superficies de color oscuro para absorber la mayor cantidad de radiación solar posible. Así, en días soleados, bastará con que los rayos solares incidan directamente sobre nuestro sistema de captación para obtener el aporte energético que necesitamos para su uso en muy diversas aplicaciones. Eso sí, habrá que evitar que la energía obtenida pueda perderse instantes después si realmente queremos sacar provecho de esta fuente de energía tan beneficiosa para el ciudadano por sus ventajas medioambientales y su grado de autonomía. 

Con el objetivo de evitar fugas de energía, los sistemas de captación solar imitan los procesos naturales que tienen lugar en la Tierra, donde la radiación solar atraviesa con facilidad nuestra atmósfera hasta llegar a la superficie terrestre. Cuando la tierra y el mar se calientan por este motivo, irradian la energía que han absorbido en longitudes de onda más largas. Parte de la radiación de onda larga vuelve a la atmósfera, que la absorbe y la reirradia de nuevo a la superficie terrestre en un efecto rebote. Esto es lo que se conoce como “efecto invernadero”, un fenómeno que impide, entre otras cosas, que la temperatura de la Tierra pueda ser de 30 a 40 °C más baja de lo que es en la actualidad. 

Este mismo fenómeno, a otra escala más modesta, es el que se aplica en los invernaderos para el cultivo de plantas y, por supuesto, en los sistemas de captación de energía solar. El cristal, como la atmósfera de nuestro planeta, tiene la propiedad de ser atravesado fácilmente por las ondas cortas de los rayos solares, al mismo tiempo que se comporta como un “muro” impenetrable ante las radiaciones de onda larga. Cuando los rayos solares atraviesan una superficie acristalada se produce un aumento de temperatura en el interior del habitáculo. Entonces, el cristal actuará como una trampa de calor que impedirá que la energía calorífica pueda volver al exterior. 

Cualquier sistema de captación solar se basará, pues, en combinar el “efecto de cuerpo negro” con el “efecto invernadero”, con lo que, por un lado, se consigue aprovechar gran parte de la radiación que llega hasta una instalación solar, y por otro, impedir la fuga de calorías una vez ganadas. 

Funcionamiento de una instalación solar 

El principio elemental en el que se fundamenta cualquier instalación solar térmica es el de aprovechar la energía del Sol mediante un conjunto de captadores y transferirla a un sistema de almacenamiento, que abastece el consumo cuando sea necesario. 

Este mecanismo tan sencillo al mismo tiempo que eficaz, resulta muy útil en múltiples aplicaciones, tanto en el ámbito doméstico como en el industrial. Baste con señalar algunas de ellas como el agua caliente para uso doméstico, el aporte de energía para instalaciones de calefacción, el calentamiento de agua para piscinas, o el precalentamiento de fluidos en distintos procesos industriales, para darnos cuenta del beneficio de esta energía para la humanidad. 

Así, la posibilidad de captar la energía del Sol desde el lugar que se necesita, junto con la capacidad de poder almacenarla durante el tiempo suficiente para disponer de ella cuando haga falta, es lo que hace que esta tecnología sea tan ampliamente aceptada en muchas partes del mundo. No en vano, la única contribución del hombre para aprovechar esta fuente de energía es canalizar y retrasar el proceso natural que ocurre a cada instante en la superficie terrestre, por el que la radiación solar se convierte en energía térmica. 

El procedimiento actual que se lleva a cabo en cualquier instalación solar consiste en absorber la energía térmica contenida en los rayos solares. Una vez que el fluido que circula en el interior del captador se calienta, hay que evitar su enfriamiento a través de un aislamiento térmico lo más eficaz posible. Por ejemplo, si el fluido de trabajo es el aire, se le puede hacer circular entre piedras que se calientan y son capaces de devolver este calor al aire frío. También se puede, y es el caso más habitual, mantener el calor de una masa de agua por medio de un tanque de almacenamiento bien aislado. 

Para evitar posibles restricciones energéticas en aquellos periodos en los que no hay suficiente radiación y/o el consumo es superior a lo previsto, casi la totalidad de los sistemas de energía solar térmica cuentan con un aporte de energía extraordinario. En estas ocasiones, entrará automáticamente en funcionamiento un sistema de calentamiento auxiliar que permite compensar el déficit existente Este sistema de apoyo utilizará los medios energéticos convencionales, como el gas, la electricidad o el gasóleo. 

ENERGÍA GEOTÉRMICA 

La energía geotérmica es un tipo de energía renovable y limpia que se define como la energía almacenada en forma de calor bajo la superficie de la tierra sólida, por tanto, engloba el calor almacenado en rocas, suelos y aguas subterráneas, cualquiera que sea su temperatura, profundidad y procedencia, pero no el contenido en masas de agua superficiales, continentales o marinas. A diferencia de la mayoría de las fuentes de energía renovables, la geotérmica no depende del clima, del viento ni de la radiación del sol, sino que radica en la diferencia de temperatura que existe entre el interior de la tierra y su superficie. 

Los recursos geotérmicos son la porción de la energía geotérmica que puede ser aprovechada por el hombre en condiciones técnicas y económicas. Estos recursos se clasifican en función de su nivel térmico, factor que condiciona su aprovechamiento: 

Los recursos geotérmicos de alta temperatura (superiores a 150 ºC) y de media temperatura (entre 100 y 150º C) se aprovechan principalmente para la producción de electricidad y también para usos térmicos directos urbanos e industriales. 

Los recursos geotérmicos de baja temperatura (entre 30 y 100ºC) se aprovechan solo para usos térmicos en sistemas de climatización y ACS urbanos y en diferentes procesos industriales. Pueden usarse directamente o mediante bombas de calor. 

Los recursos geotérmicos de muy baja temperatura (inferiores a 25-30ºC), corresponden a la energía térmica almacenada en aguas subterráneas y en el subsuelo poco profundo. Su aplicación son los usos térmicos siempre mediante bombas de calor a sistemas de calefacción, refrigeración y ACS. Se utilizan dos tipologías: sistemas abiertos (captan el agua de un acuífero para su aprovechamiento) y sistemas cerrados (utilizan intercambiadores enterrados horizontales o verticales, con un fluido termoportador en su interior que cede la energía del subsuelo a la bomba y viceversa). 

Por tanto, la energía geotérmica es una fuente de energía renovable que permite su aprovechamiento, tanto desde el punto de vista de aprovisionamiento energético de elevadas garantías, como desde el punto de vista térmico como alternativa de alta eficiencia energética para climatización y ACS, con unos destacados ahorros energéticos. 

BIOMASA 

La biomasa es el conjunto de la materia orgánica, de origen vegetal o animal, y los materiales que proceden de su transformación natural o artificial. La Directiva 2009/28/CE relativa al fomento del uso de la energía procedente de fuentes renovables, define la biomasa como “la fracción biodegradable de los productos, desechos y residuos de origen biológico procedentes de actividades agrarias (incluidas las sustancias de origen vegetal y de origen animal), de la silvicultura y de las industrias conexas, incluidas la pesca y la acuicultura, así como la fracción biodegradable de los residuos industriales y municipales”. Es decir, la biomasa es un concepto muy amplio que incluye desde los residuos procedentes de las actividades forestales, agrícolas y ganaderas hasta la fracción orgánica de los residuos domésticos e industriales, pasando por los subproductos de las industrias agroalimentarias y de transformación de la madera. Por sus particulares características, y por su diferente tratamiento normativo, los residuos domésticos e industriales se tratan de forma separada en el apartado de residuos. 

Los principales combustibles obtenidos a partir de la biomasa son leñas, astillas, pellets, huesos de aceituna y cáscaras de frutos. La leña de madera cortada y troceada, lista para utilizarse en los aparatos domésticos de combustión como estufas o chimeneas, es el producto menos elaborado de los cinco, y tradicionalmente se han empleado en viviendas unifamiliares. Por lo general, sus dimensiones se encuentran entre los 15 y los 100 cm. Las astillas son el producto resultante de la trituración de la biomasa de origen leñoso, tanto agrícola como forestal, y tienen un tamaño variable en función del grado de trituración al que se hayan visto sometidas. Los pellets son el producto más elaborado, y son pequeños cilindros de 6 a 12 mm de diámetro y de 10 a 30 mm de longitud hechos con serrín, astillas u otros residuos comprimidos que pueden utilizarse como combustibles. Los huesos de aceituna y las cáscaras de frutos, si bien usados en menores cantidades que las leñas, astillas y pellets, también suponen un combustible cada vez más empleado. 

En los últimos años, a medida que ha ido aumentando la explotación del inmenso potencial disponible y se ha ido consolidando un mercado para la biomasa, aumentando los agentes implicados y los volúmenes comercializados, se han acrecentado los esfuerzos por estandarizar y certificar la calidad de este tipo de combustibles, principalmente las astillas y los pellets (normas ISO 17225), habiendo incluso estudios recientes (BIOMASUD) y normas específicas que también se dirigen a residuos como los huesos de aceituna y las cáscaras de frutos (normas UNE-164003 y UNE-164004, respectivamente). 

Las aplicaciones térmicas de la biomasa se pueden realizar principalmente a través de calderas, estufas o chimeneas. Las calderas son los únicos equipos capaces de dar al mismo tiempo calefacción y agua caliente sanitaria, mientras que las estufas y chimeneas permiten calentar la estancia en la que se encuentran ubicadas. Las calderas pueden instalarse tanto en viviendas unifamiliares como en comunidades de vecinos de cualquier tamaño, ya que se pueden encontrar calderas desde 20 kW hasta más de 1 MW (y tamaños mucho mayores para las redes de calor y las aplicaciones industriales o de generación eléctrica). Por ejemplo, una comunidad de vecinos de 40 viviendas localizada en el centro-norte de España, podría satisfacer sus necesidades de calefacción y agua caliente sanitaria con una caldera de 400-500 kW. Estas instalaciones suelen ir acompañadas de depósitos de inercia que permiten compaginar un funcionamiento estable de la caldera y una demanda de calor que varía a lo largo del día. Además, las calderas se pueden usar también en el sector industrial, bien para la producción de agua caliente o de vapor de proceso. Por otro lado, las estufas y chimeneas suelen instalarse en viviendas unifamiliares o locales comerciales, siendo las potencias más habituales de las estufas entre 8 y 15 kW. 

El desarrollo tecnológico en los últimos años de calderas y estufas hace que se puedan encontrar en el mercado equipos con un alto grado de automatización (por ejemplo, para la alimentación del combustible o la retirada de las cenizas) y unos niveles de emisiones muy inferiores a los equipos existentes hace unos años.

Una opción especialmente interesante son las redes de calor que, por su mayor eficiencia energética y el aprovechamiento de las economías de escala, permiten llegar a un mayor número de usuarios. Existen ejemplos ya de estas redes de calor en España, desde instalaciones de 400 kW de potencia y varios cientos de metros de tuberías que dan servicio a varios edificios municipales y particulares, hasta instalaciones de alrededor de 15 MW y más de 10 km de red, como las que ya están en funcionamiento en algunas ciudades. 

IDAE dispone de varios programas de apoyo al uso de biomasa en el sector residencial e industrial (BIOMCASA II, GIT, PAREER).

Por último, conviene recordar que la movilización de biomasa no supone únicamente la obtención de un combustible renovable, neutro en cuanto a emisiones de CO2 y competitivo en precio con los combustibles fósiles que se importan desde fuera de España, sino que también juega un papel fundamental en la mejora de la gestión de los montes y en el desarrollo socioeconómico de las áreas rurales españolas. 

AEROTERMIA E HIDROTERMIA 

La Directiva 2009/28/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 23 de abril de 2009, relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables y por la que se modifican y se derogan las Directivas 2001/77/CE y 2003/30/CE, reconoce como energía renovable, la energía capturada por las bombas de calor, bajo determinadas condiciones. En el artículo 2 de esta Directiva se establecen, entre otras, las siguientes definiciones según la naturaleza del medio con el que intercambian calor: 

  • Energía aerotérmica es la energía almacenada en forma de calor en el aire ambiente.
  • Energía hidrotérmica es la energía almacenada en forma de calor en las aguas superficiales. 

La bomba de calor es una máquina térmica capaz de bombear calor desde un foco frío a uno caliente. En el caso de las bombas de calor aerotérmicas e hidrotérmicas, extraen calor del entorno natural (aire o agua) a través del evaporador y lo transfiere al interior de un edificio o a procesos industriales a través del condensador. Si son reversibles, se invierte el ciclo y se transfiere el calor del interior del edificio impulsándolo al entorno natural. 

Dentro de las bombas de calor, podemos distinguir entre las siguientes tipologías: las accionadas eléctricamente, como el modelo más extendido, en las que la energía necesaria para mover el compresor se obtiene a través de un motor eléctrico; las accionadas a gas, en las que el accionamiento del compresor lo realiza un motor endotérmico de combustión interna y las accionadas térmicamente, en las que el cambio de estado del refrigerante se realiza mediante un ciclo de absorción o compresión térmica. 

A efectos de la contabilización de la cuota de energía renovable establecida por la Directiva, la energía capturada por las bombas de calor se tendrá en cuenta siempre que la producción final de energía supere de forma significativa el insumo de energía primaria necesaria para impulsar la bomba de calor, es decir, sólo una parte podrá considerarse renovable. 

Si quieres conocer con más detalle las energías renovables que puedes emplear en tu negocio o vivienda, nos dudes en contactar con nosotros. Resolveremos todas tus dudas.

Fuente: IDAE: https://www.idae.es/tecnologias/energias-renovables

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