Energía solar y eólica - INSTALADORES DE. … · Evaluación del impacto medioambiental de la...

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Energía solar y eólicaVersion imprimible

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Indice

Evaluación inicial...................................................................... 6Introducción............................................................................ 7Energía Eólica......................................................................... 8

Módulo I. Introducción de los recursos eólicos............................... 9U.D.1. Introducción y conceptos generales.................................9U.D.2. Recursos eólicos y predicción...................................... 14

U.D.2. Recursos eólicos................................................... 14U.D.2. Predicción y aprovechamiento energético..................... 19

Recuerda estos conceptos................................................... 25¿Cómo se genera el viento?............................................. 25Funcionamiento de un aerogenerador 1................................ 25Veleta.......................................................................... 25Llegada de viento a aerogenerador..................................... 25

Resumen........................................................................ 26Ejercicio. Conceptos sobre energía eólica................................ 26Autoevaluación................................................................. 26

Módulo II. Funcionamiento de aerogeneradores y parques eólicos...... 29U.D.1. Tecnología de aerogeneradores....................................29U.D.2. Parques eólicos y sistemas eólicos aislados..................... 33

U.D.2. Parques eólicos.................................................... 33U.D.2. Energía eólica marina............................................. 37

U.D.3. Aplicaciones y usos.................................................. 40

de 180 Energía solar y eólica

Recuerda estos conceptos................................................... 43Llegada de viento a aerogenerador 2................................... 43Funcionamiento de un aerogenerador 2................................ 43Parque eólico................................................................ 43Ventajas y desventajas de energía eólica.............................. 43Instalación de un aerogenerador.........................................43

Resumen........................................................................ 44Juego: Cruzando el río....................................................... 44Autoevaluación................................................................. 44Ejercicio. Partes de una instalación eólica................................ 46

Evaluación Módulos I y II. Energía eólica.................................... 47Módulo III. Impacto ambiental, ventajas y desventajas.................... 48

U.D.1. Evaluación de impacto ambiental.................................. 48U.D.2. Ventajas e inconvenientes de la energía eólica................. 49Recuerda estos conceptos................................................... 53

Aspectos ambientales de un parque eólico............................ 53Aerogeneradores............................................................ 53

Resumen........................................................................ 54Autoevaluación................................................................. 54Ejercicio. Impactos ambientales de la energía eólica................... 56

Módulo IV. Situación presente y futura....................................... 57U.D.1. Implantación actual y futura......................................... 57U.D.2. Normativa aplicable...................................................59Resumen........................................................................ 62Juego: Sopla el viento........................................................ 62Autoevaluación................................................................. 62Ejercicio. Situación de la energía eólica en tu Comunidad............. 63

Evaluación Módulo III y IV. Energía eólica................................... 64Energía Solar.........................................................................65

Módulo I. Introducción y energía solar pasiva............................... 66U.D.1. Introducción y desarrollo histórico................................. 66


U.D.2. Energía solar pasiva................................................. 76U.D.2. Introducción y orientación en la energía solar pasiva........ 76U.D.2. Materiales y elementos arquitectónicos de la energía solar

pasiva.................................................................... 83Recuerda estos conceptos................................................... 93

Vientos........................................................................ 93Sistema solar................................................................ 93Refrigeración pasiva, calentamiento pasivo............................ 93Cambio climático............................................................ 93El movimiento de traslación...............................................93Tipos de energia solar..................................................... 93

Resumen........................................................................ 94Juego: Pinocho................................................................. 94Autoevaluación................................................................. 94Ejercicio. Características de vivienda solar pasiva...................... 96

Módulo II. Energía solar fotovoltaica.......................................... 97U.D.1. Introducción y conceptos generales............................... 97U.D.2. Componentes de la instalación fotovoltaica...................... 99U.D.3. Puesta en marcha, explotación y mantenimiento de la

instalación................................................................ 102U.D.4. Evaluación del impacto medioambiental........................ 105U.D.5. Usos de la energía solar fotovoltaica............................ 110U.D.6. Ventajas e inconvenientes......................................... 115U.D.7. Presente y futuro de la energía fotovoltaica.................... 116U.D.8. Normativa aplicable................................................. 118Recuerda estos conceptos................................................. 121

Central fotovoltaica........................................................ 121Pasos administrativos en instalaciones solares...................... 121Ventajas e inconvenientes de energ solar fotovoltaica............. 121Energ solar fotovoltaica.................................................. 121Instalación de seguimiento.............................................. 121


Instalación fija.............................................................. 121Pérdidas de modulo fotovoltáico........................................121

Resumen....................................................................... 122Juego: Paulino el marino................................................... 122Autoevaluación................................................................122Ejercicio. Conceptos de energía fotovoltaica............................ 124

Evaluación Módulos I y II. Energía solar................................... 125Módulo III. Energía solar térmica............................................ 126

U.D.1. Introducción y conceptos generales............................. 126U.D.2. Sistemas de captación solar...................................... 127U.D.3. Componentes de las instalaciones solares térmicas.......... 132U.D.4. Evaluación del impacto medioambiental de la energía solar

térmica.................................................................... 141U.D.5. Presente y perspectivas de futuro de esta energía............ 146U.D.6. Ventajas e inconvenientes......................................... 148U.D.7. Normativa aplicable................................................. 148Resumen....................................................................... 152Autoevaluación................................................................152Ejercicio. Relación de conceptos de energía térmica.................. 154Recuerda estos conceptos................................................. 155

Hornos solares de torre central......................................... 155Energia solar térmica..................................................... 155Aspectos ambientales.................................................... 155Aislamiento térmico lateral............................................... 155Ventajas y desventajas de energia solar térmica.................... 155

Módulo IV. Energía eólico solar.............................................. 156U.D.1. Energía eólico-solar................................................. 156Recuerda estos conceptos................................................. 165

Proyecto de chimenea eolico solar.................................... 165Resumen....................................................................... 166Juego: El laberinto del Minotaruro........................................ 166


Autoevaluación................................................................166Ejercicio. Entrevista a un experto de energía solar.................... 167

Evaluación Módulos III y IV. Energía solar................................. 168Evaluación final.....................................................................169Recursos comunes................................................................ 170

Enlaces............................................................................ 170FAQ................................................................................ 171Glosario........................................................................... 172Bibliografía........................................................................178Pasapalabra...................................................................... 179Juego 50x15..................................................................... 179


Energía solar y eólica

Evaluación inicial

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Introducción

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Energía Eólica


Energía solar y eólica / Energía Eólica

Módulo I. Introducción de los recursos eólicos

U.D.1. Introducción y conceptos generales

1. introducción

La energía eólica se obtiene a través del viento mediante el uso de energía cinéticagenerada por el efecto de las corrientes de aire.

El 2% de la energía procedente de la radiación solarse transforma en energía cinética de los vientos.El 35% de esta energía se pierde a tan sólo unkilómetro de altura por encima de la superficieterrestre. Del resto de energía que llega al suelosólo es posible aprovechar una doceava partedebido a su dispersión, lo que permitiría cubrir variasveces la demanda actual de consumo energético.Ese 2% de la energía solar convertida en eólicasupone unas cien veces más que la transformada enbiomasa por toda la vegetación del planeta.

Esta energía se basa en los movimientos de las masas de aire que se desplazan deáreas de alta presión a otras de baja presión. La velocidad de desplazamiento esproporcional al gradiente de presión.

Al igual que el resto de las energías renovables, la del viento procede inicialmente dela energía del Sol debido al calentamiento no uniforme de la superficie de la Tierrapor la radiación solar. Durante la radiación, es decir, de día, las masas de aire que sesitúan sobre océanos, mares y lagos se mantienen a menor temperatura que las áreascontiguas situadas sobre masas continentales, y de esta forma se crean diferentestemperaturas en la masa de aire superficial.

Las áreas continentales absorben menos luz solar y producen indirectamenteun calentamiento de las masas de aire por el calor no absorbido. Estas masasse expanden y, al ser más ligeras, ascienden. En cambio, las masas de aguaabsorben mucho mejor la luz del Sol. Las masas de aire presentan sobre ellas menor


temperatura y, por tanto, mayor peso, por lo que el aire frío ocupa el lugar dejado porlas masas de aire caliente. Este proceso se ve claramente en la siguiente animación.

[Animación Flash]

Un aprovechamiento adecuado de la energía eólica se basa en conocer la velocidadmáxima del viento (ya que no deberá ser inferior a 12 km/h ni superior a 65 km/h), asícomo los cambios diurnos y nocturnos que sufren los vientos, los estacionales, los develocidad en función de la altura sobre el terreno, los ocurridos en periodos muy brevesde tiempo, y los valores recogidos en las estadísticas de las últimas décadas.

La optimización de la energía del viento se consigue a través de máquinas eólicas quepermiten su transformación en energía mecánica aprovechable de rotación, tanto paraaccionar directamente máquinas como para producir energía eléctrica. El segundosistema de aprovechamiento es el más extendido y se conoce como aerogenerador,que contiene un generador eléctrico con un sistema de control y la correspondienteconexión a la red eléctrica.

En los aerogeneradores la energía del viento mueve una hélice y, a través de unsistema mecánico, se hace girar el rotor de un generador, habitualmente alternador,para producir energía eléctrica. A pesar de la modernidad relativa de los parqueseólicos, que comenzaron a desarrollarse en los años 80, la energía del viento seviene aprovechando desde hace muchos siglos en diferentes aplicaciones como eldesplazamiento de barcos en alta mar o los molinos de viento.

En relación con el desarrollo de esta energía, destaca el cambio que se ha producidoen el panorama energético nacional puesto que supera todas las expectativas y suponeuna reducción importante de las emisiones de gases contaminantes. España, tal y


como veremos en la situación actual de la energía eólica, se ha convertido en uno delos países que mayor energía eléctrica generan a partir del viento, y supera incluso a lanuclear en cuanto a energía acumulada o potencial. Este desarrollo espectacular se vereflejado en los objetivos del Gobierno sobre el aprovechamiento de la energía eólicapara el año 2010, que han establecido la instalación de 20155 MW de potencia, másdel doble de lo instalado en 2005.

Si se dispusieran 6 aerogeneradores de 1.5 MWde potencia cada uno por km2 en las zonas dela superficie terrestre donde soplan los vientosmás fuertes, se obtendría una potencia eléctricaequivalente a 55.000 millones de toneladasde petróleo, lo que permitiría cubrir 8 veces lademanda energética. El espacio ocupado por losaerogeneradores equivaldría a 8 millones de km2

con un total de casi 50 millones de turbinas, aunquela superficie real sería bastante menor y equivaldríaa 0,00045 veces la superficie terrestre debido alescaso espacio ocupado por cada aerogenerador enun campo eólico.

Con este objetivo y el resto de los propuestos para las diferentes energías renovables,el Gobierno trata de garantizar una estabilidad energética entre las diferentes fuentestanto renovables como no renovables. Algunos de los puntos sobre los que se estáinvestigando para mejorar este tipo de energía y continuar con la importante evoluciónvivida hasta la actualidad, son mejorar la predicción de la producción, adaptar losparques eólicos a las exigencias de la red eléctrica y encontrar soluciones al problemadel almacenamiento. Por otro lado, es necesario disponer de terrenos suficientes yóptimos para duplicar el aprovechamiento energético, tal y como establece el Gobierno,por lo que se deben sustituir las turbinas por otras más grandes y eficientes en lugar deocupar nuevos terrenos de forma incontrolada.

No hay que descuidar los impactos ambientales porque, aunque muy inferiores a laexplotación de recursos convencionales a través de centrales nucleares o térmicas, noson despreciables. Entre otros, destacan el movimiento de tierras, la afección sobre lasaves, y la contaminación acústica. Bajo estas premisas, la producción de energía limpiamediante aerogeneradores evita la emisión de miles de toneladas de CO2 procedentesde centrales térmicas convencionales de combustión, que estarían a pleno rendimientoen caso de no haberse desarrollado la tecnología eólica.


2. evolución histórica

La energía del viento se utilizaba en el Antiguo Egipto, donde ya hacia el año 4000 a.C.se aplicó en la navegación a vela. También se aprovechó de forma importante en eldesarrollo de los molinos, que se extendieron por Persia, Irak y China. Ciertas teoríassitúan el origen de los molinos de viento en la Grecia Clásica y otras mantienen queproceden de Asia y penetraron en Occidente con las Cruzadas y las invasiones árabes.

Hacia el siglo VIII llegaron a Europa, procedentes de los países asiáticos, grandesmolinos de eje horizontal. En los siglos XII-XIII se empezaron a emplear para laelevación de agua y la molienda de grano en países como Turquía, Irán y Afganistán.Se piensa que los molinos se instalaron en España en época del Califato de Córdoba,sobre el siglo X. Otros estudios sitúan los primeros molinos de la Península enTarragona entre los siglos XIII y XIV. Posteriormente tuvieron usos muy diversos comobombear agua en tierras bajo el nivel del mar, aserrar madera, la industria papelera,la producción de aceite mediante prensado de semillas y, en general, la trituración degran variedad de materiales. En el siglo XIX se frena su uso a causa de la RevoluciónIndustrial y la utilización masiva de vapor, electricidad y carbón principalmente.Sin embargo, en la segunda mitad del siglo XIX apareció el molino multipala tipoamericano, que se extiendió por todo el mundo para el bombeo de agua.

El norteamericano Charles F. Brush construyó en 1888 la que se ha consideradoprimera turbina eólica para generar electricidad. Alcanzó 12 kW de potencia y suprincipal característica fue un gigantesco rotor de madera compuesto por 144 palas.A partir de este hito, la historia se centró en Dinamarca, donde los aerogeneradoresfueron adquiriendo un diseño más parecido al conocido en la actualidad. Aunque sehan desarrollado diferentes prototipos en Estados Unidos, Rusia, Francia, Alemania yReino Unido, se impone el estilo danés de tres palas con rotor a barlovento.

Durante el periodo de entreguerras evolucionó la industria aeronáutica, lo cual resultaclave para la mejora de las palas y, en consecuencia, el mayor aprovechamiento dela energía del viento. En principio se comenzaron a construir aerogeneradores de dospalas e incluso se probó con una sola, pero los más rentables, que se emplean en laactualidad, tienen tres palas.


A principios de los años ochenta del siglo XX se instaló en California una gran cantidadde pequeños aerogeneradores de 55 kW de potencia. En ese momento se desarrollóen España un mapa eólico con su correspondiente potencial energético y se eligióTarifa como el lugar más idóneo para implantar esa incipiente tecnología. En 1982se instaló allí el Mazinger, el primer aerogenerador de envergadura y tecnologíadestacable de nuestro país, con 100 kW de potencia, un rotor de 20 metros de diámetroy una torre de 20 metros de altura. El proyecto tuvo resultados muy positivos aunquefue en 1985 cuando empezó a funcionar a pleno rendimiento.

En 1984 el Programa Energético UNESA-INI (PEUI), que había comenzado en losaños setenta, motivó la puesta en marcha en El Ampurdán (Gerona) del primer parqueeólico español conectado a la red de distribución general. El parque disponía de5 aerogeneradores de 24 kW de potencia nominal, pero pasados unos años tuvoque ser desmantelado debido a problemas técnicos y condiciones exigentes delárea donde estaba ubicado. En 1986 y 1989 se aprobaron los primeros Planes deEnergías Renovables, que impulsaron el desarrollo de parques eólicos como el deTarifa (Andalucía), Cabo de Creus (Cataluña), La Muela (Aragón), Ontalafia (Castilla-LaMancha) y Estaca de Bares (Galicia).

En 1991 se aprobó un nuevo Plan Energético Nacional que contenía un Plan de Ahorroy Eficiencia Energética (PAEE) que contemplaba incrementar la producción de lasenergías renovables en casi 1,2 millones de toneladas equivalentes de petróleo duranteel período 1991-2000. De esta forma se pasó de una potencia eólica instalada en 1990de 6,6 MW a 115 MW en 1995, y unos aerogeneradores infinitamente más potentesy desarrollados que los diseñados diez años antes. En el año 2000 ya se encuentrauna potencia instalada de 2.292, lo que supone haber multiplicado por 13 el objetivomarcado en 1990 de 175 MW.


Energía solar y eólica / Energía Eólica / Módulo I. Introducción de losrecursos eólicos

U.D.2. Recursos eólicos y predicción

U.D.2. Recursos eólicos

1. energía del viento

El origen de los recursos eólicos, al igual que el resto de los recursos renovables, es elSol junto a factores como la inclinación y el desplazamiento de la Tierra en el espacio,así como la distribución de los continentes y los océanos. Estos factores producenel desigual calentamiento de la superficie terrestre y atmósfera y, en consecuencia,que ascienda el aire más caliente y, por tanto, menos denso por la agitación de susmoléculas, y su lugar sea ocupado por masas de aire más frías.

Un litro de aire pesa 1,225 g y su composición (sincontaminantes, agua, sustancias en suspensión,etc.) es: 78,08% de nitrógeno; 20,95% de oxígeno;0,93% de argón; 0,03% de CO2; y 0,01% de metano,ozono, neón, hidrógeno, dióxido de oxígeno, etc.

El viento es un fenómeno meteorológico producido por el movimiento del aire porcausas naturales, como la generación de vientos de carácter general debido aldesplazamiento del aire de zonas de alta presión a zonas de baja presión.

1.1. Vientos globales

Existe una serie de vientos de carácter global que circulan alrededor de todo el planetaen la capa de la troposfera, donde tienen lugar todos los fenómenos meteorológicosy el efecto invernadero. Los aspectos clave de estos vientos son la temperatura y ladiferencia de presión atmosférica, así como otros factores como la fuerza de Coriolis.


En la zona más cálida del planeta, el ecuador, el viento cálido asciende a las capasmás altas de la atmósfera y se dirige hacia el Norte y hacia el Sur, pero en torno a los30º de latitud, tanto en el hemisferio norte como en el sur, la fuerza de Coriolis descritaimpide que continúen su tránsito y se encuentran con una zona de altas presiones queprovoca que el viento comience el descenso. Al ascender los vientos en el ecuadorse genera un área de bajas presiones próxima a la superficie terrestre que atraelos vientos del Norte y del Sur, por lo cual todos estos fenómenos influyen de formadeterminante en las direcciones de los vientos dominantes del planeta. Por otro lado,en ambos polos existen altas presiones a causa del aire permanentemente frío. Lasiguiente tabla muestra la dirección dominante de los vientos globales en función de lalatitud:

Por tanto, el conocimiento de las direcciones de los vientos dominantes es un factorfundamental en la ubicación de cualquier instalación eólica, aunque también habrá quetener en cuenta otros locales importantes. Los vientos globales se pueden encontraralrededor de los mil metros de altura, y es posible medir su velocidad mediante globos


sonda. Al situarse a alturas tan importantes no se ven afectados por la superficieterrestre, que influirá en mayor medida en los vientos de superficie o locales.

1.2. Vientos locales

Hay multitud de factores locales que influyen en las características de un viento(intensidad, periodicidad, etc.) y le proporcionan carácter local. Por ejemplo, los vientosde montaña, de valle o vientos marinos, que suelen darse hasta los cien metros dealtitud. Estos factores locales son principalmente el relieve del terreno, la rugosidad y laaltura.

La rugosidad hace referencia a la presencia en la superficie terrestre de cuerposque impidan la libre circulación y el desplazamiento de los vientos, como bosqueso viviendas que causarían turbulencias. La altura es otro valor importante en elaprovechamiento de la energía eólica, ya que en caso de un terreno rugoso habrá queconstruir aerogeneradores de gran altura para aprovechar la circulación de vientosen las zonas más elevadas. Teniendo en cuenta estos dos factores, puede resultarde enorme utilidad calcular la velocidad del viento en función de la altura, siempre ycuando sean superficies más o menos uniformes, mediante la siguiente fórmula:


Por tanto, las condiciones climáticas locales también influyen en los vientoslocales, y es necesario considerarlos con los globales para conocer el potencial deaprovechamiento de una zona determinada. En zonas donde los vientos globales nopresentan una importante fuerza o energía, los locales pueden llegar a dominar losregímenes de viento.

Brisa marina

Este fenómeno tiene lugar debido al diferente calentamiento al que se ven sometidaslas capas de aire en contacto con la tierra y con el mar. Mientras el Sol calienta, latemperatura de la tierra aumenta más que la del mar, y el aire en contacto con la tierra,más caliente, asciende y genera una zona de bajas presiones en la superficie terrestreque atrae el aire más frío en contacto con el mar. Se genera así la brisa marina.Durante el tránsito entre el día y la noche, al anochecer, las temperaturas de la tierray del mar se igualan y se produce un periodo de calma. En cambio, por la noche seinvierte el proceso y los vientos soplan en sentido contrario, aunque no adquieren tanta


velocidad debido a que las diferencias de temperatura entre la tierra y el mar no son tanimportantes.

Vientos de montaña

Los vientos de las cordilleras suelen generarse en las laderas que reciben la radiaciónsolar, en las orientadas al Sur en el hemisferio norte y las orientadas al Norte en elhemisferio sur. Durante el día se calienta la superficie de la ladera que recibe los rayossolares y el viento asciende a causa de la poca densidad del aire más próximo al suelohasta la cima a lo largo de la ladera. Por la noche la dirección del viento se invierte y elaire desciende a lo largo de la ladera al haberse enfriado y presentar mayor densidad.Algunos ejemplos son el fhon de los Alpes o el zonda en los Andes. Otros vientoslocales destacables son el siroco, que procede del Sáhara y se dirige al Mediterráneo, yel mistral, que sopla a lo largo del valle del Ródano hacia el Mediterráneo.

2. velocidad del viento

Además de la dirección de los vientos, que se mide con una veleta en losaerogeneradores y los parques eólicos, es importante tener en cuenta el factorvelocidad, medido con un anemómetro. El aprovechamiento energético no se producea cualquier velocidad de viento, ya que es necesario alcanzar una velocidad mínimay no sobrepasar un límite a partir del cual se pararía el aparato o la instalación. Cadaaparato tiene su rango de funcionamiento y aprovechamiento particular. Todavía sesiguen empleando anemómetros que se basan en un eje vertical y tres pequeños cazosque captan el viento, y se registran las revoluciones por segundo mediante tecnologíaelectrónica. Normalmente estos anemómetros tienen incorporada una veleta, tal y comose ve en el dibujo, que señala la dirección del viento.

[Animación Flash]

En el mercado también podemos encontrar anemómetros que funcionan conultrasonidos o rayo láser, y calculan la velocidad del viento por el desfase del sonidoo la luz reflejada por las moléculas de aire. Una de las principales ventajas de lossistemas no mecánicos es que sufren menos con las inclemencias del tiempo, sobretodo a causa del hielo y los temporales, pero siguen empleándose en gran medidalos anemómetros tradicionales, con tres pequeños cazos, y es posible incorporar unsistema eléctrico de calentamiento en zonas más frías.

Debemos de tener en cuenta que el anemómetro resulta útil porque informa de laconveniencia de orientar el rotor del aerogenerador frente al viento y ponerlo en


funcionamiento. Pero esta simple función puede causar importantes pérdidas si lamedición no es precisa, por lo que el calibrado, el buen estado y la buena calidad delanemómetro son factores fundamentales para el buen aprovechamiento de la energíaeólica y no se debe desestimar su relevancia.

Antes de instalar un aerogenerador o parque eólico hay que realizar las medicionesnecesarias que proporcionen información de garantía sobre el potencial deaprovechamiento eólico de la instalación. El anemómetro y la veleta suelen situarsesobre un mástil cilíndrico de escaso grosor y de altura similar al buje de los aparatos,de forma que el propio mástil no altere la velocidad del viento incidente. Así seconsiguen datos fiables sobre la energía potencial aprovechable por la futurainstalación.

Estos aparatos de medida tienen incorporado un pequeño ordenador, que funcionacon batería, y registra en un chip electrónico las velocidades y la dirección del viento.Periódicamente es necesario recoger el chip con la información e instalar otro virgen. Aligual que el anemómetro y la veleta, el ordenador puede calentarse eléctricamente enlugares de temperaturas muy frías.

U.D.2. Predicción y aprovechamiento energético

1. rosa de los vientos

Una vez expuestas la velocidad y la dirección de los vientos, es importante aclararque la rosa de los vientos proporciona una información de gran utilidad sobre lasvelocidades y la frecuencia de modificación de las direcciones del viento, y se diseña apartir de datos meteorológicos recogidos de ambos factores.


Normalmente la rosa se divide en doce sectores que corresponde a la división de los360º del horizonte en sectores de 30º cada uno. Las cuñas más exteriores (que sonlas más amplias) indican la frecuencia relativa de cada una de las doce direcciones delviento y, por tanto, el porcentaje de tiempo que sopla desde esa dirección. La siguientecuña más interior ofrece el mismo dato pero multiplicado por la media de la velocidaddel viento en esa dirección en particular y, por tanto, indica el porcentaje que aportacada sector en cuanto a la velocidad media. La cuña más interior aporta la mismainformación que la primera pero multiplicada por el cubo de la velocidad del viento encada sector. Si tenemos en cuenta que la energía del viento varía con el cubo de suvelocidad, este dato es el más relevante ya que informa de la energía contenida en elviento que se da en cada sector.


En el dibujo anterior vemos claramente que la mayor energía del viento procede delsudoeste, aunque está bastante repartido en varias direcciones.

Lo más normal es que las zonas próximas al área analizada no presenten velocidadesy direcciones muy diferentes y, por tanto, la rosa de los vientos no sea muy desigual.Entonces se podría hacer una adecuada extrapolación próxima a la realidad, pero enmuchos otros casos sorprenden las importantes diferencias entre áreas contiguas,sobre todo cuando intervienen rugosidades, montañas o valles, que pueden variar lasdirecciones de vientos predominantes en zonas cercanas.

Todo lo expuesto sobre las rosas de los vientos indica su importante utilidad a la horade escoger el emplazamiento y la orientación adecuada de los aerogeneradores. Esnecesario centrarse especialmente en las direcciones desde las cuales llegan losvientos con mayor energía. También conviene aclarar que puede haber variacionesdestacables en los datos tomados de un año a otro, por lo que se aconseja contar condatos fiables de periodos más largos que un año.

En España existe una normativa referida a los parques eólicos que exige llevar a cabouna predicción de energía e informar al mercado energético. Por ello contamos desdeel 2004 con sistemas meteorológicos de predicción que se perfeccionan continuamentey nos informan de los vientos que soplan en las diferentes zonas. En la actualidad seutilizan varios sistemas de predicción aplicados a diversos parques eólicos, además dela información proporcionada por la Agencia Estatal de Meteorología.

En Europa destaca el proyecto ANEMOS, cuyo principal reto ha sido desarrollarmodelos avanzados de predicción que mejoren en gran medida las herramientas conlas que se cuenta, prestando especial interés en situaciones de terrenos complejos,condiciones climáticas difíciles y parques marinos, ya que en este último caso nose dispone de sistemas propios de predicción. Todo ello permitirá que mejore laaceptabilidad de la energía eólica en los sistemas eléctricos. Otro objetivo importanteha sido integrar los diferentes modelos predictivos en una plataforma software comúnpara realizar predicciones en tiempo real en un importante número de parques eólicosque se consideran representativos en función de la orografía, las condiciones climáticaso la diversidad tecnológica.


2. cantidad de energía que posee elviento

Los vientos generados en la Tierra constituyen el 2% de la energía que llega del Soly que se transforma en energía cinética, que posteriormente puede ser convertidaen energía eléctrica. El viento impacta sobre las palas de una aeroturbina y se creaun trabajo mecánico de rotación que mueve a su vez un generador que produceelectricidad. Los tres aspectos que determinan la energía de un viento antes de pasarpor el rotor son: velocidad, densidad del aire y área de captura por el rotor en funciónde su diámetro.

De estos factores, la velocidad del viento incidente es clave ya que la energía cinéticase incrementa proporcionalmente al cubo de la velocidad a la que se mueve. Portanto, si la energía cinética se triplica, la energía será 27 veces mayor. Respecto ala densidad, la energía que posee el viento se incrementa proporcionalmente a lamasa por unidad de volumen de aire que, tal y como se ha comentado, en condicionesnormales es de 1,225 kg por metro cúbico. De esta forma, cuando el aire se enfríe sudensidad será mayor y transferirá más energía al aerogenerador. En cambio, cuando elaire se caliente o tenga más humedad, pesará menos al ser menos denso y transferirámenos energía a la turbina.

Teniendo en cuenta condiciones normales, es decir, presión atmosférica normal a 15ºC,un metro cúbico de aire pesa 1,225 kg. Si tomamos como ejemplo un aerogeneradorde 1 MW con un rotor de 54 metros de diámetro como el de la siguiente animación,el cilindro de aire de un metro de espesor que pasaría a través del rotor pesaría 2,8toneladas, por tanto, 2.300 veces los 1,225 kg ya que el área de captura es de 2.300metros cuadrados.

[Animación Flash]

Respecto al área de captura, interesa tomar la máxima cantidad de aire en movimientoya que en función de ello será mayor la energía cinética. Por tanto, el área decaptura del rotor es un factor fundamental que determina cuánta energía es posibleque capte un aerogenerador. Debido a que el área de captura del rotor aumentaproporcionalmente al cuadrado del diámetro del rotor, un aerogenerador que tenga unrotor el doble de grande aprovechará cuatro veces más energía.

La animación anterior no es fiel a la realidad porque la energía que transporta el cilindroque atraviesa el rotor se disipa parcialmente antes de llegar a él debido a que parte del


viento se desvía antes de alcanzar el plano del rotor. Además, la energía, la velocidady la dirección del cilindro no son iguales una vez que el aire ha atravesado el plano delrotor puesto que presenta menor energía, menor velocidad y un volumen mayor delcilindro de aire ya deformado.

También es importante destacar que la presión del cilindro de aire, que potencialmentese aprovecharía, se incrementa conforme se aproxima al rotor, ya que éste y las palasfuncionan como una barrera. Nada más atravesar el plano del rotor, la presión decae yse va recuperando paulatinamente a medida que el aire se aleja de la parte posteriordel rotor. Esta información será de gran utilidad al estudiar los parques eólicos y laubicación de los aerogeneradores.

En la siguiente animación se aprecia claramente la modificación de las condicionesdel viento una vez que ha atravesado el plano del rotor, y se diferencia entre el vientoincidente, cargado de energía, y el viento residual, con menor energía, velocidad ymayor volumen en la parte posterior del rotor.

[Animación Flash]

Los aerogeneradores son capaces de aprovechar alrededor del 40% de la energíadel viento, un porcentaje importante teniendo en cuenta que, como máximo, y enteoría, sería aprovechable un 59%. Lógicamente, si se empleara el 100% de la energíadel viento, éste se pararía al pasar por el área de captura. Uno de los factores másimportante en cuanto a la pérdida de la energía que llega al rotor es su transformaciónen el propio aerogenerador. La cuantificación de la energía antes de incidir sobre elrotor es un cálculo fundamental para su adecuado aprovechamiento, y se consigue através de la siguiente fórmula:



Recuerda estos conceptos

¿Cómo se genera el viento?


Funcionamiento de un aerogenerador 1


Veleta


Llegada de viento a aerogenerador




Resumen


Ejercicio. Conceptos sobre energía eólica

Este recurso es de tipo Práctica.Tiene que conectarse a la plataforma para acceder a este recurso.

Autoevaluación

Pregunta 1:Para aprovechar de forma adecuada la energía eólica no es necesario conocer

exactamente la velocidad máxima del viento.• Verdadero• Falso

Respuesta correcta: Falso

Pregunta 2:Los parques eólicos comprenden un número determinado de aerogeneradores

que ocupan un terreno común.• Verdadero• Falso

Respuesta correcta: Verdadero

Pregunta 3:Los aspectos fundamentales de los vientos globales son la temperatura, la

diferencia de presión atmosférica y la fuerza de Coriolis.• Verdadero• Falso



Pregunta 4:El fhon de los Alpes, el zonda en los Andes, el siroco y el mistral son tipos de

aerogeneradores.• Verdadero• Falso


Pregunta 5:En los parques eólicos la dirección de los vientos se mide con un anemómetro, y

la velocidad con una veleta.• Verdadero• Falso


Pregunta 6:La rosa de los vientos proporciona una información de gran utilidad sobre las

velocidades y la frecuencia de modificación de las direcciones del viento.• Verdadero• Falso


Pregunta 7:Los aerogeneradores son capaces de aprovechar casi el 100% de la energía del

viento.• Verdadero• Falso


Pregunta 8:El efecto Coriolis es un fenómeno que tiene lugar debido a la rotación de la

Tierra.• Verdadero• Falso



Pregunta 9:La rugosidad hace referencia a la presencia en la superficie terrestre de cuerpos

que impidan la libre circulación y el desplazamiento de los vientos.• Verdadero• Falso


Pregunta 10:Para conocer la velocidad máxima del viento es importante tener información de

los cambios ocurridos en periodos muy breves de tiempo, así como de valoresrecogidos en las estadísticas de las últimas décadas.

• Verdadero• Falso




Módulo II. Funcionamiento de aerogeneradoresy parques eólicos

U.D.1. Tecnología de aerogeneradores

1. funcionamiento de un aerogenerador

A continuación presentamos una animación muy completa que describe las diferentespartes de un aerogenerador.

[Animación Flash]

2. localización

Un lugar adecuado para situar el aerogenerador es una colina. El viento, al encontrardicho accidente geográfico, tiende a ascender y, cuando se comprime, gana velocidad,con lo que aumenta la creación de electricidad en el aerogenerador. La colina debetener una pendiente suave ya que en caso contrario se producen turbulencias einestabilidades en el viento que dificultan su aprovechamiento.

Normalmente la hélice se sitúa de tal forma que el viento la encuentre antes deimpactar con la torre, para evitar las turbulencias que se producirían en caso de queel rotor se ubicara detrás. Sin embargo, a pesar de no estar muy extendidos, existenaerogeneradores con hélices situadas en la parte posterior de la torre. Por tanto,aunque el modelo de aerogeneradores de eje horizontal con rotor tripala a barloventoes el más extendido en la actualidad, también hay otro tipo de turbinas como losaerogeneradores monopala, bipala, tripala o multipala, y los aerogeneradores con rotora sotavento, cuya pala se encuentra en la parte posterior de la góndola.

3. tamaño y energía generada

La cantidad de energía eléctrica producida depende fundamentalmente de la velocidadde los vientos y del diámetro del rotor, es decir, de su área de captura. El doble del


diámetro del rotor supone un área de captura cuatro veces mayor y, por tanto, tambiéncuatro veces más potencia disponible. Lógicamente no se instalarán aerogeneradorescon un diámetro de rotor importante en lugares con velocidades bajas de viento ya queno se conseguiría el rendimiento óptimo de la máquina. Por tanto, el tamaño del rotory de la turbina en general deberán corresponderse con la situación concreta de cadaemplazamiento y de sus vientos.

Respecto a la elección del tamaño de los aerogeneradores, hay que tener en cuentaalgunas ventajas que presentan las turbinas de mayor tamaño, como mayor capacidadde producción a un coste proporcionalmente menor. Por otro lado, los pequeñosaerogeneradores tienen ventajas respecto a los de mayor tamaño en cuanto a ladificultad para, según qué redes locales, recibir y gestionar la producción eléctrica deun gran aparato; menores variaciones en energía vertida a la red; menor impacto visualy menor coste de acondicionamiento de carreteras para transportar sus componentes.

4. instalación de un aerogenerador

Una vez presentadas las principales partes de un aerogenerador, vamos a conocersu proceso de instalación teniendo en cuenta que su mayor complejidad radica en eltransporte, la manipulación y el montaje de piezas de gran tamaño.

[Animación Flash]

5. control de la potencia

Actualmente los aerogeneradores más extendidos de eje horizontal han sido diseñadospara funcionar de forma adecuada con velocidades medias del viento, que puedenvariar entre 3 y 25 m/seg. La primera se denomina velocidad de conexión; y lasegunda, velocidad de corte. No es habitual fabricar aerogeneradores capaces deaprovechar velocidades superiores a estos valores debido a que es muy improbableque trabajen con ellas. De esta forma, el aerogenerador comienza a producirelectricidad cuando la velocidad del viento supera la velocidad de conexión y, conformeva aumentando la velocidad, la potencia que se genera también es mayor.

Por otro lado, también es fundamental controlar velocidades excesivas del rotorpara evitar situaciones de emergencia, en el caso de vientos demasiado fuertes, porpérdida de la estabilidad del aerogenerador o fallo mecánico. Asimismo, es necesarioun sistema de control de las velocidades de rotación para que, en caso de vientosexcesivamente fuertes que podrían poner en peligro la instalación, haga girar las palas


de la hélice de tal forma que presenten una oposición mínima, con lo que la hélicese detendría. Este mecanismo se considera activo ya que el controlador envía a laspalas la orden de que giren los grados necesarios para que se sitúen en la posiciónque interese en cada momento, según la potencia generada sea demasiado elevadao demasiado baja. Este mecanismo de cambio de ángulo de las palas frente al vientosuele funcionar mediante un sistema hidráulico. Una de las ventajas del sistema activofrente al pasivo, que describiremos a continuación, es mayor control de la potenciaproducida, lo que permite trabajar a la potencia nominal con diferentes velocidades devientos.

Para aerogeneradores de gran potencia, algunos tipos de sistemas pasivos utilizancaracterísticas aerodinámicas de las palas, que hacen que, aun en condiciones devientos demasiado fuertes, puedan presentar mínima oposición al viento y evitarsituaciones de riesgo. En este caso las palas se encuentran unidas al rotor segúnun ángulo fijo de diseño y son capaces de aprovechar el máximo de energía delviento hasta un momento determinado, a partir del cual la propia pala se enfrentaráal viento en una posición que evite riesgos de daños mecánicos aprovechando suscaracterísticas aerodinámicas. Este sistema pasivo tiene la ventaja de no requerircomplejos sistemas hidráulicos y electrónicos sensibles a posibles fallos o averías.

6. el ruido como factor de diseño

El ruido es uno de los factores ambientales que se tienen muy en cuenta en el diseñoy el mantenimiento de un parque eólico. Su origen radica en aspectos mecánicos oaerodinámicos de la turbina. El ruido mecánico puede proceder principalmente de latransmisión en los ejes, la multiplicadora o el generador. Hace años se considerabaun problema ambiental, pero en la actualidad se ve como una oportunidad de mejoraporque se ha reducido de forma considerable el ruido producido por estos elementos.

La ingeniería ha desarrollado multiplicadoras especialmente diseñadas para el sectoreólico que utilizan materiales más flexibles que producen una menor fricción y, portanto, menos ruido. Otros de los aspectos mejorados son el aislamiento de la máquina,así como impedir que las vibraciones de las diferentes partes del aerogenerador entrenen resonancia y transmitan y amplifiquen el ruido.

El impacto del viento con un objeto genera un ruido determinado, y el control delruido aerodinámico consiste en mitigar o reducir, en la medida de lo posible, esteruido y las vibraciones. El mayor o menor ruido aerodinámico depende en gran partede la velocidad de giro y el diseño de las palas, ya concebidas en función de estosfactores. En general, el ruido es un sonido silbante que se puede apreciar cerca de


los aerogeneradores, incluso a bajas velocidades de giro, por lo que el diseño de laspuntas de las palas es vital porque la velocidad en este punto es superior a la de labase de la pala.


Energía solar y eólica / Energía Eólica / Módulo II. Funcionamiento deaerogeneradores y parques eólicos

U.D.2. Parques eólicos y sistemas eólicos aislados

U.D.2. Parques eólicos

1. introducción

Entendemos por parque eólico un conjunto de aerogeneradores que se utilizannormalmente para producir energía eléctrica. Los parques se ubican en la tierra o enel mar y, a pesar de que los terrestres están mucho más extendidos, las expectativasde crecimiento y desarrollo de los parques marítimos son muy importantes, tanto porpotencial eólico como tecnológico.

Multitud de factores influyen en la cantidad de energía que proporciona un parqueeólico. Destacan el diseño, la situación y la eficiencia de las turbinas, así como sucapacidad de adaptarse a las variaciones de dirección y velocidad de los vientos.Los parques eólicos proporcionan distinta cantidad de energía dependiendo de lasdiferencias de diseño, situación de las turbinas, y porque los antiguos modelos deturbinas eran menos eficientes y capaces de adaptarse a los cambios de dirección yvelocidad del viento.

Los parques eólicos pueden tener un número muy variable de aerogeneradores enfunción de la superficie y de las características del viento en la zona. Todo ello indica laimportancia de elaborar un estudio previo, con una duración superior a un año, a travésde veletas, anemómetros y otros equipos eólicos que permiten diseñar rosas de losvientos que indican las direcciones predominantes y su velocidad.


Por tanto, tan sólo se seguirá adelante con el proyecto en el caso de que estédemostrada su viabilidad económica y ambiental. Los parques eólicos han tenido ungran desarrollo en Europa y Estados Unidos, pero Alemania es el país con mayornúmero, y Estados Unidos dispone de los más grandes en cuanto a potencia instalada.

2. localización

La expresión cizallamiento del viento se refiere al fenómeno de descenso dela velocidad del viento conforme se aproxima a la superficie terrestre. Resultafundamental en la concepción de los aerogeneradores, ya que las velocidadesdel extremo de la pala de un gran aerogenerador en el punto más alto pueden ser10 m/seg, y en el punto más bajo, en cambio, pueden rondar los 8 m/seg. Estaimportante diferencia de fuerzas que actúan simultáneamente sobre el rotor generaríainestabilidades si no se tuvieran en cuenta en el diseño de los aparatos.

Para reducir la inestabilidad lo máximo posible será conveniente evitar grandespendientes, acantilados, etc. que creen turbulencias y sometan el aerogeneradora fuerzas muy dispares, ya que se incrementa la dificultad de aprovechamientoenergético. En España disponemos de muchos kilómetros de costa y ya es unarealidad la instalación de aerogeneradores en ellas. Se aconseja situarlos próximos a lacosta, sobre colinas, pero no en el acantilado.

[Animación Flash]

El emplazamiento adecuado de un parque eólico, además de las condicionesclimáticas, influirá de forma determinante en la variación de velocidades del viento y,


por tanto, en el aprovechamiento energético. La rugosidad del terreno y la presenciade obstáculos determinan en gran medida la variación de velocidades. El diseño delos aerogeneradores tiene en cuenta factores como la inercia del rotor para compensarparcialmente variaciones bruscas de velocidades de viento.

Obstáculos como los edificios o los árboles también pueden causar importantesturbulencias y variaciones de viento, y por lo tanto es necesario diferenciar entre losinflexibles y opacos al paso del aire (como los edificios) y los que permiten el pasoparcial del viento y crean menores turbulencias (masas arbóreas). Los obstáculos dezonas más cercanas a 1,5 km de los aerogeneradores deberían tenerse en cuenta a lahora de escoger el emplazamiento de un parque eólico, dependiendo lógicamente desu altura.

También se producen variaciones considerables de la velocidad del viento yturbulencias entre el día y la noche debido a que en las horas centrales del día sonmayores las diferencias de temperatura entre las zonas continentales y las marinas,y la velocidad del viento también es superior durante el día. Este fenómeno coincidecon una mayor demanda energética a lo largo del día, lo cual es una de las grandesventajas de la energía eólica: máxima generación en periodos de máxima demanda.

En la elección del emplazamiento habrá que tener en cuenta factores climáticos comola presencia de fuertes tormentas, que llevan asociadas velocidades y direccionescambiantes de vientos e importantes turbulencias. Son factores muy negativos para elaprovechamiento energético y para el funcionamiento adecuado de los componentesmecánicos de un aerogenerador.

El aprovechamiento energético de la turbina supone que el viento que la atraviesatransporte menos energía y se produzca una variación de su velocidad y dirección,creando las llamadas turbulencias. Generadas por las propias turbinas, son un factor degran interés en el diseño de un parque eólico. Es necesario que los aerogeneradoresestén distribuidos en determinadas posiciones y distancias para que disminuyan elefecto de las turbulencias.

Aplicando el sentido común, se llega a la conclusión de que, cuanto más alejadosestén los aerogeneradores entre sí en la dirección del viento dominante, mayor será elaprovechamiento energético y menos les afectarán las turbulencias que generan ellosmismos. Por otro lado, el diseño del parque se tendrá que ajustar al terreno disponible,a su orografía, a la conexión a la red eléctrica, etc. En todo caso, la pérdida de energíadebida a las turbulencias de los aerogeneradores no debería ser superior al 5%. Sinánimo de generalizar, ya que no hay reglas fijas y definitivas, la distancia entre lasturbinas en un parque eólico debería ser entre 6 y 9 veces el diámetro del rotor en la


dirección del viento dominante, y entre 4 y 5 en la dirección perpendicular a los vientos,tal y como se ve en la siguiente imagen.

Otro emplazamiento adecuado para instalar un aerogenerador es disponer elaerogenerador entre dos obstáculos, de forma que el viento se comprime, acelera suvelocidad al pasar entre ellos y facilita un mayor aprovechamiento energético.

[Animación Flash]

Se evitarán emplazamientos como el descrito que presente turbulencias importantes,por lo que es necesario buscar obstáculos no demasiado escarpados, ya que lo que segana por efecto de la compresión del aire se podría perder a causa de las turbulencias.


En la búsqueda de emplazamientos adecuados podremos hacer uso de rosas devientos que hayan registrado datos de entre 20 y 30 años, así como de resultados deotros parques que puedan funcionar en la zona y que garanticen una información fiable.La multiplicación en España de los parques eólicos ha hecho proliferar la información,y la fiabilidad en el acierto del emplazamiento también es mucho mayor que hace unosaños.

En resumen: es necesario buscar emplazamientos de baja rugosidad en la direccióndel viento dominante, zonas amplias en dicha dirección y, a poder ser, colinas queprovoquen una aceleración del viento. Fuentes de información importantes son lasrosas de viento y la documentación de parques eólicos cercanos.

Otro aspecto que condiciona la localización del parque eólico es la conexión a la redeléctrica, debido a la dificultad y el elevado coste de transportar la electricidad a lugaresdonde se encuentre la conexión a la red principal. Los transformadores se encargande convertir la electricidad a alta tensión para que pueda ser vertida a la red. Lascaracterísticas del suelo y la posibilidad de su uso son factores limitantes, puesto quehay que considerar si es apto para cimentar los aerogeneradores y para construir víasde acceso y paso de camiones de transporte y vehículos del personal que trabaje en elparque.

U.D.2. Energía eólica marina

1. ventajas y desventajas de la energíaeólica marina

En la actualidad el desarrollo de los parques eólicos marinos se encuentra en una faseinicial. Aún se han instalado pocos y su potencia es muy inferior a la de los terrestres.Sin embargo, distintos estudios y evaluaciones reflejan un potencial de desarrollomuy importante y ya hay grandes proyectos, en el Norte de Europa, que apuntan aldespertar de esta energía.

[Animación Flash]


2. situación en España

A finales del año 2008 se adoptó un plan de acción europeo en relación a la energíaeólica marina a través de la Comunicación "Energía eólica marítima: accionesnecesarias para alcanzar los objetivos de política energética para el año 2020 y losaños posteriores". Este plan de acción trata de establecer un marco coherente decrecimiento de esta energía, ya que en la actualidad los proyectos de energía eólicamarítima propuestos o en fase de desarrollo en 18 países europeos (15 de los cualesson Estados miembros) tienen capacidad para generar más de 100 gigavatios, lo queevitaría la emisión de 200 millones de toneladas de dióxido de carbono al año. EnEspaña, se está investigando la explotación de la energía eólica marina de forma quesea una realidad próxima, como ocurre ya en países como Dinamarca. Bien es ciertoque España tiene ciertas desventajas para potenciar este tipo de energía frente a lospaíses del Norte de Europa, puesto que la importante profundidad de la plataformacontinental dificulta la instalación de parques eólicos marinos.

A pesar de este inconveniente. se estima que el 43% del litoral español es apto parainstalar parques eólicos marinos, y es posible alcanzar el 80% si tenemos en cuentazonas restringidas por cuestiones principalmente medioambientales o de tránsitomarino. En nuestro país se considera necesario que los parques eólicos se instalen auna distancia superior a los 8 kilómetros de la costa y lejos de zonas ecológicamenteprotegidas, y se propone el año 2010 como punto de partida para la construcción delprimer parque eólico marino.

La principal ventaja con la que cuenta España son sus casi 8.000 kilómetros decosta. Algunos problemas, en relación con los parques terrestres, son inversionesiniciales importantes, así como dificultades logísticas, tecnológicas y administrativas.Muchos de estos inconvenientes son los responsables de que tan sólo Dinamarca hayadesarrollado con garantías esta tecnología.

El Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural yMarino ha establecido un mapa con zonas aptas,zonas con condiciones y zonas de exclusión, parala instalación de parques eólicos marinos, de formaque los inversores dirijan sus esfuerzos y proyectosen la línea marcada por el Gobierno.

Las zonas de exclusión suman el 13,3% de la costa española, y están constituidaspor los 8 primeros kilómetros mar adentro, zonas protegidas, yacimientos o tránsito


marítimo. Las zonas con condiciones suponen el 43,9%, y deberán tener en cuentacondiciones como zonas de paso de aves marinas, zonas protegidas por presenciade especies amenazadas, servidumbres aeronáuticas o el patrimonio submarinoarqueológico. Son zonas aptas el 42,8%, y en ellas no se ha encontrado ningunaincompatibilidad. Por tanto, los principales factores que marcarán la idoneidad de losemplazamientos serán los aspectos ambientales, la aceptación social, las actividadessocioeconómicas presentes y la posibilidad de verter la electricidad a la red general.

Las condiciones eólicas marinas tienen grandes ventajas respecto a las terrestres,como es su baja rugosidad, que existe a causa de las olas, pero la ausencia deobstáculos y la superficie marina son condiciones óptimas para el aprovechamientoeólico. Esta baja rugosidad favorece que el cizallamiento del viento también sea menorque en la superficie terrestre debido a que la diferencia en las velocidades del vientoa algunas alturas también es menor y, por tanto, no son necesarias turbinas de tantaaltura. Además, la ausencia de obstáculos, la baja rugosidad y las diferencias detemperaturas menos acusadas a diferentes alturas, reducen las turbulencias y losdaños mecánicos que pueden sufrir las turbinas, con lo que se prolonga su vida media.Además, la experiencia en aspectos de degradación de componentes por corrosiónen las plataformas petrolíferas demuestra que las cimentaciones de acero bajo el marpodrían llegar a tener una vida media de 50 años.

En España se ha establecido que la potencia mínima de los parques eólicos marinosserá de 50 megavatios y ya se han recibido presolicitudes de varias compañías parapromover este tipo de parques. Entre todas se superan los 7.300 megavatios. Losejemplos conocidos en Dinamarca vienen a demostrar que la energía eólica marina escada vez más competitiva frente a otros métodos de producción energética, de mayortamaño y capacidad de producción de las turbinas. Por otro lado, el abaratamiento delas cimentaciones y un mayor conocimiento del comportamiento de las condicioneseólicas marinas son factores que han permitido esta mejora.



U.D.3. Aplicaciones y usos

1. microgeneradores eólicos

El año 2006 fue el año del despertar en cuanto a la comercialización demicrogeneradores eólicos se refiere, destinados a viviendas particulares y conel objetivo de cubrir el gasto de un porcentaje cercano al 30% en el consumo deelectricidad. Estos aparatos se encuentran ya al alcance de los usuarios y disponende manual de instalación, garantía, etc. como cualquier electrodoméstico casero. Eldesarrollo de estos equipos ha supuesto una revolución que viene a complementarotros sistemas ya extendidos de uso doméstico, como son las placas solares.

La posibilidad de conexión a la red de estos microaerogeneradores, que no superan los10 kW, permite que se consuma energía de la red tan sólo cuando resulta insuficientela propia que se genera a través de este sistema. Así, en periodos de máximairradiación solar se podrían emplear los sistemas solares y eólicos (en caso de quela fuerza del viento fuera suficiente), y en periodo nocturno sería posible continuargenerando electricidad a través de la fuerza del viento. Hasta el momento el costede estos equipos es importante, pero las ayudas concedidas por muchos Gobiernospara su instalación y la subida continuada de la factura a causa de los recursosconvencionales (gas, carbón, etc.) hacen que esta tecnología y estas inversiones seancada vez más competitivas.


2. molinos multipala para bombeo deagua

Estos equipos se emplean para la extracción del agua del subsuelo, aplicaciónbastante extendida en lugares con vientos no racheados suaves con velocidadesmedias entre 3 y 8 m/seg. Los molinos multipala se usan principalmente en casos queno requieren grandes cantidades de agua ya que, debido a su baja potencia, no soncapaces de trabajar con caudales importantes o extraer agua de mucha profundidad.Su uso más extendido corresponde a actividades ganaderas lejos de cursos de agua ycon necesidades bajas de este recurso.

3. obtención de hidrógeno

El hidrógeno es el combustible que revolucionará en un futuro próximo el mercadoenergético mundial. Para su obtención es necesaria gran cantidad de energía, por loque se investiga la posibilidad de que sea la energía limpia o renovable la encargadade facilitarlo. Dentro de las limpias destaca la eólica, que podría aportar la energíasuficiente para, a través de un proceso de electrólisis, extraer hidrógeno del agua. Deesta forma, en periodos de viento y aprovechamiento de energía eólica se obtendríahidrógeno y podría almacenarse en periodos de ausencia de viento. Posteriormente, la


pila de combustible permitiría la transformación del hidrógeno en electricidad para lasaplicaciones necesarias. Los principales problemas de este proceso son:

• Eficiencia termodinámica baja del proceso de conversión.• Necesidad de elevada energía para el proceso de producción de hidrógeno.• Problemas de almacenamiento y transporte.

4. proceso de desalinización

Esta aplicación se encuentra en proceso de investigación y existen ya varios proyectos.El proceso de desalinización requiere un aporte importante de energía, con losimpactos ambientales que ello conlleva en caso de que las fuentes de energía sean loscombustibles fósiles: emisiones de CO2, transporte de los combustibles, etc. Por tanto,el uso de energías renovables en este proceso facilitaría en gran medida la actividad dela desalinización.La principal limitación de la energía eólica es su falta de constancia en la producción,por lo que debería combinarse con otras fuentes de energía para crear sistemashíbridos de producción. Éstos pueden consistir en la combinación de la energía eólicay combustibles convencionales, o la utilización de la energía eólica para el bombeo yel almacenamiento en altura de agua y aprovechar la fuerza potencial del agua paragenerar energía eléctrica. Otra de las aplicaciones en estudio es el bombeo de aguamar adentro mediante el aprovechamiento de la energía eólica.

A lo largo del 2009 se han finalizado todas lascontrataciones para la construcción de la centralhidroeólica en la isla de El Hierro, que tiene porobjetivo comenzar a producir a finales del 2010 ycubrir el 100% de la demanda energética de la islamediante energías renovables.




Llegada de viento a aerogenerador 2


Funcionamiento de un aerogenerador 2


Parque eólico


Ventajas y desventajas de energía eólica


Instalación de un aerogenerador




Resumen


Juego: Cruzando el río


Autoevaluación

Pregunta 1:No todas las torres disponen de una escalera en su interior.



Pregunta 2:Las torres tienen luz natural, y por eso no es fundamental que dispongan de

iluminación.• Verdadero• Falso


Pregunta 3:El generador se encarga de transformar la energía mecánica en energía eléctrica.



Pregunta 4:


En el generador no es necesario un sistema de refrigeración debido a que no

sufre calentamientos.• Verdadero• Falso


Pregunta 5:Las condiciones eólicas marinas tienen grandes ventajas respecto a las

terrestres, como es su baja rugosidad.• Verdadero• Falso


Pregunta 6:El ruido es uno de los factores ambientales que se tienen muy en cuenta en el

diseño y el mantenimiento de un parque eólico.• Verdadero• Falso


Pregunta 7:El cizallamiento del viento es el fenómeno de descenso de la velocidad conforme

se aproxima a la superficie terrestre.• Verdadero• Falso


Pregunta 8:Para reducir la inestabilidad, será conveniente evitar grandes pendientes,

acantilados, etc. que creen turbulencias.• Verdadero• Falso



Pregunta 9:La conexión a la red eléctrica es un aspecto que no condiciona en ningún caso la

localización del parque.• Verdadero• Falso


Pregunta 10:Cuanto más cercanos estén los aerogeneradores entre sí en la dirección del

viento dominante, mayor será el aprovechamiento energético y menos lesafectarán las turbulencias generadas por ellos mismos.



Ejercicio. Partes de una instalación eólica




Evaluación Módulos I y II. Energía eólica




Módulo III. Impacto ambiental, ventajas ydesventajas

U.D.1. Evaluación de impacto ambiental

1. introducción

Según el Real Decreto Legislativo 1/2008, de 11 de enero, por el que se aprueba eltexto refundido de la Ley de Evaluación de Impacto Ambiental de Proyectos, publicadopor el Ministerio de Medio Ambiente el 26 de enero de 2008, los proyectos, públicosy privados, consistentes en la realización de obras, instalaciones o cualquier otraactividad comprendida en el anexo I deberán someterse a una evaluación de impactoambiental. En este anexo aparecen de forma explicita los siguientes epígrafes:

• Instalaciones para la utilización de la fuerza del viento para la producción deenergía (parques eólicos) que tengan 50 ó más aerogeneradores, o que seencuentren a menos de 2 kilómetros de otro parque eólico.

• Parques eólicos que tengan más de 10 aerogeneradores que se desarrollenen zonas especialmente sensibles o en humedales.

También se especifica que sólo deberán someterse a una evaluación de impactoambiental, cuando así lo decida el órgano ambiental, los proyectos públicos o privadosconsistentes en la realización de las obras, instalaciones o de cualquier otra actividadde todos los parques eólicos no incluidos en el anexo I.

Con la realización de una evaluación de impacto ambiental en este tipo deinstalaciones se pretende asegurar la integración de aspectos ambientales en elproyecto, con el fin de identificar, describir y evaluar factores como la interacción con elser humano, la fauna y la flora, así como el suelo, el agua, el aire, el clima y el paisaje,y sin olvidar los bienes materiales y el patrimonio cultural. Por tanto, este conjunto deestudios y análisis técnicos permitirá estimar los efectos que un parque eólico puedecausar sobre el medioambiente.


2. aspectos ambientales de un parqueeólico

Para mitigar los impactos ambientales que puede producir la instalación de un parqueeólico es importante que la ubicación sea apropiada, que se analice la utilización delsuelo y de otros recursos naturales, que se estimen los tipos y cantidades de residuosque se van a generar, así como potenciales vertidos y emisiones a la atmósfera,además de evaluar los previsibles efectos directos o indirectos sobre la población,la flora, la fauna, el suelo, el aire, el agua, los factores climáticos, el paisaje y losbienes materiales, incluido el patrimonio histórico-artístico y el arqueológico. Todoello con el objeto de adoptar medidas para reducir, eliminar o compensar los efectosambientales significativos e instaurar un programa de vigilancia ambiental. Estosaspectos ambientales quedan reflejados en la siguiente animación.

[Animación Flash]

U.D.2. Ventajas e inconvenientes de la energía eólica

Sin duda la energía eólica tiene una serie de ventajas fundamentales que justifican sudesarrollo y potencial:

• Se origina a partir de la energía solar que llega a la Tierra, lo que le confiereel carácter de renovable e inagotable.

• Su aprovechamiento no genera emisiones contaminantes que afectan a laatmósfera ni contribuyen al efecto invernadero y al cambio climático.

• Su producción directa no genera residuos, pero sí de manera reducida lasactividades auxiliares como el mantenimiento de los equipos. El impacto deestos equipos está muy lejos del daño irreparable que causan las posiblesmareas negras a causa del transporte de petróleo o carbón o los residuosradiactivos de las centrales nucleares.

• Debido a la escasa superficie real ocupada de terreno, los parques eólicospueden convivir con usos del suelo relacionados con la ganadería y laagricultura (maíz, trigo, etc.), entre otros.

• Puede ocupar espacios de escasa utilidad para otras actividades como, porejemplo, zonas desérticas.

• Funciona de forma óptima en sistemas híbridos para la alimentaciónenergética de viviendas, muchas veces en combinación con la energía solarporque reduce la necesidad de la energía eléctrica procedente de la red.


Desde el punto de vista social, es la energía quemás empleo genera debido principalmente a lacantidad de mano de obra necesaria en las plantasde fabricación, ensamblaje, control y mantenimiento.

• Además del nada despreciable empleo generado, la creación de un ampliotejido industrial relacionado con la energía eólica ha supuesto en Españaun nuevo factor económico muy importante, con empresas punteras en estesector de ámbito mundial.

• Presenta un potencial de crecimiento muy importante en cuanto a la energíaeólica marina, aportando un campo de investigación y unas posibilidadesde desarrollo que la sitúan en ventaja respecto al desarrollo del resto de lasenergías renovables.

• Dentro del territorio nacional se consigue un aporte eléctrico relativamenteconstante y continuado que compensa la carencia de vientos y la producciónde unos puntos con otros que aprovechan vientos más proclives para lageneración energética. Esta extensa distribución de la energía eólica semanifiesta con unos porcentajes de producción muy elevados a lo largo detodo el año.

• A pesar de que el proceso de puesta en marcha del proyecto es bastantelargo, debido sobre todo a procesos administrativos y estudios previos, lainstalación del parque eólico se realiza en un periodo de tiempo muchasveces inferior a un año.

• La posibilidad de incluir esta energía en un sistema interconectado permiteque, en los casos de vientos óptimos para la producción energética, seproduzca un ahorro del consumo de combustibles fósiles en las centralestérmicas, así como de agua en las centrales hidroeléctricas.

• La energía invertida en la producción, instalación, montaje y mantenimientode un aerogenerador es insignificante en comparación con la que produce alo largo de su vida útil.

• Importante beneficio económico de los municipios que alojan los parqueseólicos.

[Animación Flash]

A pesar de las múltiples ventajas que presenta esta energía limpia y renovable, no hayque olvidar los siguientes inconvenientes:

• La energía eólica depende de un factor atmosférico tan variable como elviento, por lo que presenta una limitación importante al no poder aseguraruna producción determinada o dificultar planificaciones energéticas basadas


en ella. Esto la convierte en una energía complementaria idónea pero nopuede utilizarse como único recurso.

• Muchos parques se sitúan en lugares aislados y requieren la instalaciónde líneas de alta tensión que liberen el máximo de la energía producida.A pesar de que la media de tensión para liberar sea baja, se necesataráncables de un importante grosor y torres de gran altura, con lo que los costesy los impactos ambientales se ven incrementados.

• Dificultades en suplir las bajadas de tensión eólicas (bajadas de producción)de forma inmediata, principalmente a través de energías convencionales,para evitar posibles apagones ya que no es posible el almacenamiento de laenergía eléctrica producida.

• En el caso de reducciones bruscas de tensión en la red eléctrica, sepueden producir daños en el sistema eléctrico de los aerogeneradores,por lo que presentan a modo de protección motores de jaula de ardillaque se desconectan de la red, lo que puede causar problemas de falta desuministro. Este problema se evita también modificando el sistema eléctricode los aerogeneradores o mediante motores síncronos.

• La variabilidad del viento dificulta una previsión exacta de la generación conantelación, lo cual puede suponer un problema para los sistemas eléctricosde los aerogeneradores.

• Tanto el defecto como el exceso de la fuerza del viento pueden causarproblemas en la mecánica de los aerogeneradores, ya que estos dispositivosposeen un rango de aprovechamiento entre unas velocidades mínimas ymáximas determinadas. Esto causa que en periodos de excesivo viento losaerogeneradores se desconecten de la red o modifiquen la inclinación de lasaspas dejando de girar, por temas de seguridad, y no se puede aprovechartoda la energía del viento.

Inicialmente se ubicaron parques eólicos en zonasde paso de aves migratorias, lo que causó lamuerte de numerosos animales. En la actualidad lasevaluaciones de impacto ambiental tienen en cuentalos aspectos relacionados con la fauna de la zonay, por consiguiente, de las aves, tanto por su pasocomo por la nidificación.

• A pesar de ser un impacto subjetivo, hay que valorar el impacto visual ypaisajístico de los parques eólicos, criterio también tenido en cuenta en laevaluación de impacto ambiental. Muchas veces estos parques se sitúanen zonas no habitadas, por lo que el contraste aerogenerador–naturalezaresulta importante.


• Impacto acústico en zonas cercanas a los parques eólicos. Atualmente hayregulaciones legales que determinan la distancia mínima que debe haberentre un parque eólico y un núcleo urbano, además de haber mejoradoconsiderablemente el diseño de los aerogeneradores y haber reducido elruido.

• La constante presencia humana en zonas, muchas veces aisladas, donde seubican los parques eólicos puede causar un impacto ambiental directo sobrela fauna.

• Hay que valorar en profundidad la ubicación de los parques eólicos marinos,ya que el potencial impacto sobre las aves puede ser importante. Por otrolado, en las zonas alejadas de la costa el impacto visual y acústico se veráreducido.

• Las vías de acceso y, a veces, las líneas de evacuación soterradas de laenergía eléctrica pueden causar un impacto ambiental de removimiento desuelos, con afecciones sobre la fauna y la flora de este medio.


Energía solar y eólica / Energía Eólica / Módulo III. Impacto ambiental,ventajas y desventajas


Aspectos ambientales de un parque eólico


Aerogeneradores



Energía solar y eólica / Energía Eólica / Módulo III. Impacto ambiental,ventajas y desventajas

Resumen


Autoevaluación

Pregunta 1:El Real Decreto Legislativo 1/2008, de 11 de enero, aprueba el texto refundido de

la Ley de Evaluación de Impacto Ambiental de Proyectos.• Verdadero• Falso


Pregunta 2:Los parques eólicos que tengan más de 10 aerogeneradores y que se desarrollen

en zonas especialmente sensibles o en humedales deberán realizar unaevaluación de impacto ambiental.



Pregunta 3:El mayor tamaño de las turbinas supone muchas desventajas como menor

rendimiento económico o peor distribución de ellas.• Verdadero• Falso


Pregunta 4:El mapa de ruidos de un parque eólico también debe tener en cuenta la

propagación del sonido a causa del entorno donde se encuentre.• Verdadero


• Falso


Pregunta 5:En el suelo de los parques eólicos no se puede llevar a cabo ninguna otra

actividad, especialmente cultivos.• Verdadero• Falso


Pregunta 6:La flora se puede ver dañada debido al acondicionamiento previo del parque en

cuanto a vías de acceso, removimiento de tierras, etc.• Verdadero• Falso


Pregunta 7:Los residuos que genera un parque eólico son especialmente tóxicos.



Pregunta 8:La energía eólica es la que más empleo laboral genera.



Pregunta 9:Tanto el defecto como el exceso de la fuerza del viento pueden causar problemas

en la mecánica de los aerogeneradores.• Verdadero• Falso



Pregunta 10:Los parques eólicos requieren una instalación de líneas de alta tensión que

liberen el máximo de la energía producida.• Verdadero• Falso


Ejercicio. Impactos ambientales de la energía eólica




Módulo IV. Situación presente y futura

U.D.1. Implantación actual y futura

1. situación en europa y el mundo

A principios de 2008 la energía eólica superó en el mundo los 94.000 MW. Estosignifica que ha sufrido un incremento del 27% con respecto a 2006 (74.288 MW).Según el Global Wind Energy Council (GWEC), el mayor incremento de potencia se haproducido en Europa con 8.500 MW y, porcentualmente, en Asia con un 51%.

La potencia eólica (MW) instalada por países a finales de 2007 refleja que Alemaniaocupa el primer lugar, seguida por Estados Unidos, España, India, China, Dinamarca,Italia, Francia y el Reino Unido. Según demuestran las estadísticas, Europa es líder encuanto a potencia eólica instalada con un 60,7%, y a continuación Estados Unidos conel 19,83% y Asia con un 17,10%.

El incremento de la energía eólica ha sido espectacular a lo largo de los años, ya quepor ejemplo en 2003 tan sólo diez países construyeron parques eólicos que superabanlos 100 MW, y 19 en el año 2004. Ya para entonces Asia poseía el 10% de la potenciaeólica instalada. Países como La India y China superaron durante 2006 a España encuanto a crecimiento de esta energía, y otros países europeos como Francia y Portugalla han desarrollado también de forma considerable. La energía eólica en China crecióa lo largo del 2007 cerca de un 130%, seguida de lejos por Estados Unidos con uncrecimiento del 44,9%.

Por otro lado, se estima para el año 2010 una instalación de 160.000 MW, lo quesupone un crecimiento del 15% cada año. Teniendo en cuenta el crecimiento en lospasados años, no es en absoluto inviable.

Un caso curioso es el de Dinamarca, ya quegenera más del 20% de su electricidad a través deaerogeneradores. Esto contribuye a que sea el sextopaís productor de energía eólica y ocupa el puesto56 en cuanto a consumo eléctrico.


Futuro de la energía eólica marina

A finales del año 2008 se adoptó un plan de acción europeo en relación a la energíaeólica marina a través de la Comunicación "Energía eólica marítima: accionesnecesarias para alcanzar los objetivos de política energética para el año 2020 y losaños posteriores" Este plan de acción trata de establecer un marco coherente decrecimiento de esta energía, ya que en la actualidad los proyectos de energía eólicamarítima propuestos o en fase de desarrollo en 18 países europeos (15 de los cualesson Estados miembros) tienen capacidad para generar más de 100 gigavatios, lo queevitaría la emisión de 200 millones de toneladas de dióxido de carbono al año.

2. situación en España

En el año 2007 la energía eólica supuso el 9,5% de la generación de electricidad enEspaña, lo que refleja un gran crecimiento: concretamente 3.522 MW en el año 2007.Pero no sólo lo ha experimentado la potencia sino también la exportación de máquinasy componentes a Estados Unidos y Canadá, China, Chile, Australia y, por supuesto, acasi todos los países europeos.

Según estudios realizados en el 2008

• Tercera posición mundial.• Cuenta con más de 15.000 MW eólicos.• 3.522 MW fueron instalados en 2007.• El objetivo para 2010 es 20.155 MW.• El objetivo para 2020 es 40.000 MW.• Debe cubrir para 2010 el 81,3% de la potencia renovable.• El número de parques es de 672.• El número de aerogeneradores es de 16.103.• El tamaño medio del parque instalado es de 26,4 MW.• Supone el 84,29% de las energías renovables.• Supone el 16,4% de la potencia de las energías consumidas.• Andalucía es la Comunidad que más potencia eólica han instalado en el año

2007 con 853,15 MW.• Castilla-La Mancha es la primera de las comunidades autónomas con

3.131,36 MW.• Albacete es la provincia con más potencia instalada (1.667 MW).• Quince de las diecisiete comunidades autónomas cuentan con

aerogeneradores en su territorio.


• Madrid y Extremadura no disponen de parques eólicos.

La energía eólica en España tiene ya una posición destacable en el conjunto de lastecnologías provisoras de energía, con un 16,4% de potencia, porque supera a lanuclear (8,4%), al carbón (12,9%) y al gas y rl fuel (9,5%). Se sitúa en tercera posiciónen cuanto a potencia, por detrás de la hidráulica y del ciclo combinado, por lo que sepuede afirmar que es una apuesta de futuro muy importante para el sistema eléctrico,ya que según los datos del Observatorio Eólico de la Asociación Empresarial Eólica,desde el 1 de enero de 2008 están en marcha 15.145 MW.

Un dato significativo para destacar el potencial de futuro de esta energía es que suaumento en el año 2007 ha sido el segundo mayor del mercado mundial después deEstados Unidos (5.244 MW instalados) y casi el doble que Alemania (aproximadamente1.600 MW nuevos).

El Plan de Energías Renovables establece que la energía eólica debe cubrir para elaño 2010 el 81,3% de la potencia renovable instalada y el 67% de la producción anual,lo que da idea de la evolución desarrollada de esta energía y de la que se espera enlos próximos años.

Considerando que el crecimiento registrado en 2007 fue de 3.522 MW nuevosinstalados, España se aproxima al cumplimiento del objetivo, establecido para el 2010,en el Plan de Energías Renovables 2005-2010, cifrado en los 20.155 MW. Este mismoPlan también establece que la energía eólica debe cubrir para el año 2010 el 81,3% dela potencia renovable instalada y el 67% de la producción anual, lo que da idea de laevolución desarrollada y de la que se espera para los próximos años.

En cuanto a la situación de las Comunidades Autónomas, en términos absolutos,Andalucía y Castilla-La Mancha, son las que más potencia eólica han instalado en elaño 2007 con 853,15MW y 849,9 MW, respectivamente. Las cinco comunidades líderesy por este orden son Castilla La Mancha, Galicia, Castilla León, Andalucía y Aragón.Cabe destacar que en el año 2008 todavía había comunidades autónomas que notenían instalada energía eólica.

En un día de mucho viento se puede abastecera una comunidad autónoma con energía eólica.Por ejemplo, en octubre de 2007 en Aragónse produjeron 1.460 MW, lo cual superó lasnecesidades energéticas totales de 1.200 MW.


U.D.2. Normativa aplicable

legislación comunitaria

Resolución 97/C210/01 del Consejo, de 27 de junio de 1997, sobre fuentes renovablesde energía. DOCE 332/C, de 03-11-97Libro Blanco sobre Energías Renovables de la Unión Europea.

Libro blanco sobre Energía para el futuro: fuentes de energía renovables.

Libro verde Hacia una estrategia europea de seguridad del abastecimiento energético.

Directiva 2001/77/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 27 de septiembre de2001, relativa a la promoción de la electricidad generada a partir de fuentes de energíarenovables en el mercado interior de la electricidad. DOCE 27-10-2001

Directiva 2002/91/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 16 de diciembre de2002, relativa a la eficiencia energética de los edificios. DOCE de 4.1.2003.

legislación estatal

Real Decreto 615/1998, de 17 de abril, por el que se establece un régimen de ayudas yse regula un sistema de gestión en el marco del Plan de Ahorro y Eficiencia Energética.BOE 107, de 0-5-1998.

Real Decreto 661/2007, de 25 de mayo, por el que se regula la actividad de producciónde energía eléctrica en régimen especial. BOE de 26 de mayo de 2007.

legislación autonómica

Andalucía

Ley 2/2007, de 27 de marzo, de fomento de las energías renovables y del ahorro yeficiencia energética de Andalucía. BOJA 70, de 10-4-2007.


Aragón

Decreto 93/1996, de 28 de mayo, por el que se regula el procedimiento de autorizaciónde instalaciones de innovación y desarrollo para el aprovechamiento de la energíaeólica, en el ámbito de la Comunidad Autónoma de Aragón. BOA de 10-06-96.

Castilla-La Mancha

Ley 1/2007, de 15 de febrero, de fomento de las energías renovables e incentivacióndel ahorro y eficiencia energética en Castilla-la Mancha. BOE 118, de 17-5-2007.

Cataluña

Decreto 174/2002, de 11 de junio, regulador de la implantación de la energía eólica enCataluña. DOGC 3664, de 26-6-2002.

Navarra

Decreto Foral 125/1996, de 26 de febrero, por el que se regula la implantación de losparques eólicos. BONA de 13-3-1996.

Galicia

Decreto 205/1995, de 6 de julio, por el que se regula el aprovechamiento de energíaeólica. DOG de 17-07-95.

La Rioja

Orden de 31 de mayo de 1996, sobre fomento de la generación de energía eléctrica pormedio de energías alternativas. BOLR de 27-6-1996

Orden de 15 de mayo de 1998, que modifica la Orden de 31 de mayo de 1996, sobrefomento de la generación de energía eléctrica por medio de energías alternativas.BOLR de 28-5-1998.


Murcia

Ley 10/2006, de 21 de diciembre, de energías renovables y ahorro y eficienciaenergética de la Región de Murcia. BOE 111, de 9-5-2007.

Resumen


Juego: Sopla el viento


Autoevaluación

Pregunta 1:Alemania, Estados Unidos y España son los tres países líderes en potencia eólica

instalada.• Verdadero• Falso


Pregunta 2:La energía eólica marina no va a tener una gran repercusión en países como

Italia, España o Reino Unido, aunque sí en Estados Unidos. • Verdadero• Falso


Pregunta 3:Castilla-La Mancha es la comunidad autónoma con más potencia eólica instalada.




Pregunta 4:En el año 2008 todavía había comunidades autónomas que no tenían instalada

energía eólica.• Verdadero• Falso


Pregunta 5:El PFER es el Plan de Fomento de las Energías Renovables.



Ejercicio. Situación de la energía eólica en tu Comunidad




Evaluación Módulo III y IV. Energía eólica




Energía Solar


Energía solar y eólica / Energía Solar

Módulo I. Introducción y energía solar pasiva

U.D.1. Introducción y desarrollo histórico

1. introducción

1.1. La Tierra y el Sistema Solar

En las últimas décadas se viene confirmando a través de los avances científicos loque ya se intuía en los últimos siglos: que el universo no es un conglomerado deelementos independientes, sino que constituye un sistema de relaciones que respondea determinadas leyes físicas. Se ha evidenciado que en la Tierra los organismos, lasplantas y los minerales forman grupos organizados o ecosistemas que componensistemas más complejos, y la Tierra como sistema autónomo pertenece a sistemasque, a su vez, forman parte de otros, todos ellos relacionados entre sí.

A medida que los métodos científicos van haciéndose más precisos, las nuevasrelaciones que se descubren son también más sutiles, numerosas y profundas. Asíse ha demostrado que nuestro planeta no está suspendido en un plano universalsin sentido ni leyes que lo gobiernen, sino que se relaciona con los planetas y loselementos que lo circundan; es un minúsculo elemento en la órbita de una estrella queproporciona su existencia como planeta de forma global, y la de los individuos de modoparticular.

Toda la energía, que toma formas tan variadas como plantas, animales, radiacioneso vibraciones, procede del Sol, y se disfraza de miles de maneras sin dejar deser energía. El Sol es la razón y causa de los diferentes estados de la materia, delos cambios de clima y hasta de nuestros cambios de humor. De igual forma, esresponsable de los movimientos de las mareas, de las corrientes de aire, de las lluviasy de la vida en forma de biomasa, es decir, de todas y cada una de las energíasrenovables del planeta.

Si el tamaño de la Tierra fuera menor, su masaresultaría insuficiente para atraer por gravedadla capa gaseosa de la atmósfera y, además, éstasería tan espesa y densa que impediría el paso


de la radiación solar, con lo que desapareceríala vida. Estas condiciones idóneas para la vidason consecuencia, en gran parte, de la distanciaintermedia a la que la Tierra se encuentra delSol.

De esta forma, entendemos por energía solar la que se obtiene directamente del Sol,sin sufrir ningún tipo de transformación, como la energía de la biomasa (la energía delSol se transforma en vida vegetal), la energía del mar (transformación de la radiaciónincidente en mareas) o la energía eólica (transformación de la radiación solar enviento).

Algunas de las características principales del Sol son su tamaño (109 veces el de laTierra) y su composición (gases a una elevadísima temperatura). Se encuentra a unadistancia aproximada de la Tierra de 150 millones de kilómetros y su energía procedede las continuas reacciones atómicas de fusión nuclear que tienen lugar en su núcleo,que transforman el hidrógeno en helio. Estas reacciones nucleares consisten en lafusión de cuatro átomos de hidrógeno que dan lugar a un átomo de helio, liberandouna gran cantidad de energía que inunda el espacio exterior de cuantos de energíallamados fotones, que interactúan con la atmósfera y la superficie terrestre, y llegan alos diferentes planetas y elementos del sistema solar. En la siguiente animación puedespinchar sobre cada uno de los planetas para conocer sus principales características.

[Animación Flash]

Algunas estimaciones determinan que en el interiordel Sol se queman cada segundo unos 700 millonesde toneladas de hidrógeno, de las que 4,3 millonesse transforman en energía. De esta energía secalcula que a la Tierra llega el equivalente a 10.000veces el consumo energético mundial.

Estos datos y la larga vida del Sol, teniendo en cuenta su lenta velocidad de consumodel hidrógeno disponible, aseguran una energía gratuita, limpia y disponible para todala Tierra durante un periodo de tiempo casi indefinido.

El espectro de la radiación solar está compuesto porluz ultravioleta (7%), luz visible (47%) y luz infrarroja(46%).


Las aplicaciones derivadas del aprovechamiento de la energía del Sol puedenser variadas, bien por su capacidad de transmitir calor a un cuerpo o mediante elaprovechamiento de la radiación para generar energía eléctrica, entre otras.

1.2. Radiación solar

El concepto básico y primordial relacionado con la energía solar, desde el puntode vista de su aprovechamiento, es la irradiancia o radiación solar, cantidad deenergía que alcanza un lugar determinado donde se pretende realizar la captación.Habitualmente esta radiación se relaciona con la unidad de superficie, y lógicamentevaría en cada punto del planeta.

La energía adquiere diferentes formas sin perder su naturaleza, y la luz es una de lasque adopta para desplazarse. Los rayos solares se desplazan por el universo comoondas electromagnéticas de energía, fenómeno físico que se denomina radiación solary da lugar a un aporte energético continuado de aproximadamente 1.367 W/m2. Estedato se conoce como constante solar, y equivale a 20 veces la energía depositada entodos los yacimientos de combustibles fósiles del mundo tomando como referenciatemporal un año.

Afortunadamente para las personas y la vida en la Tierra, no toda la radiaciónprocedente del Sol alcanza directamente la superficie terrestre, sino que esinterceptada por las diferentes capas gaseosas de la atmósfera, que actúan a modode filtro y de espejo. Una tercera parte de la energía que llega se devuelve al espacioexterior y las dos restantes alcanzan los mares y los continentes.

Los gases (principalmente dióxido de carbono, metano, ozono y vapor de agua) recibenel nombre de gases invernadero y son responsables del efecto invernadero, queimpide que se produzcan cambios extremadamente bruscos de temperatura y permitela disponibilidad de agua en la Tierra desde hace millones de años.

La emisión continuada de gases invernadero hace que sus concentraciones en laatmósfera se incrementen alarmantemente y dificulten la salida al espacio exteriordel calor irradiado por la superficie de la Tierra, por lo que de esta forma aumenta latemperatura y surge el llamado cambio climático.

Por tanto, es importante destacar que el efecto invernadero es un fenómeno naturalpositivo y necesario para la presencia de vida en la Tierra, pero el cambio climáticoes un fenómeno en el que la acción del hombre interviene directamente a través dela continuada emisión de gases invernadero (contaminación) producida por algunasde sus actividades más recurrentes y propias del desarrollo tecnológico de los últimos


años, sobre todo desde la Revolución Industrial: transporte, industria, desarrollourbano, etc.

A continuación presentamos algunos de los principales efectos que pueden derivarsedel cambio climático:

[Animación Flash]

Otro aspecto importante para el estudio de la radiación solar lo componen los factoresque intervienen en su transmisión y llegada a los diferentes puntos del globo terrestre.Hemos visto que uno de los factores es la absorción o filtrado por parte de las capasaltas de la atmósfera, pero esta variable no explica las importantes diferencias decaptación solar entre los polos (puntos del planeta que reciben menos radiación) y lostrópicos (lugares expuestos a la mayor radiación). Para entender este fenómeno, hayque recurrir a la variable de la inclinación del eje terrestre con respecto al Sol, ya quela intensidad de la radiación y, por tanto, la captación solar, variará en función de si losrayos solares inciden perpendicularmente en la superficie terrestre o de forma oblicua,como sucede en ambos polos. A causa de la declinación del Sol, los mayores valoresde radiación solar no se producen en el ecuador, sino por debajo y por encima de lostrópicos de Cáncer y Capricornio, donde los rayos inciden más perpendicularmentesobre la superficie.

Por otro lado, es necesario considerar aspectos como la hora del día, la estacióndel año y las condiciones climáticas. Los días en los que predominen las nubes, laintensidad de la radiación solar incidente será menor que en los días soleados y, portanto, disminuirá el rendimiento del captador solar.

Si pretendemos hacer de forma adecuada y precisa, en la medida de lo posible, elcálculo de la energía solar potencial de un punto determinado, deberemos teneren cuenta todas estas variables. Quizá la fundamental sea la relacionada con lascondiciones climáticas y la nubosidad, ya que su cálculo es complejo.

Todas las variables justifican que, en cuanto a la captación de la energía solar, ciertaszonas tienen más ventajas que otras, lo que no ha impedido, por ejemplo, que enAlemania se haya desarrollado más que España este tipo de opción energética,demostrándose que es una oportunidad, tanto económica como tecnológica oecológica, para los países aparentemente no tan privilegiados como el nuestro.

Teniendo en cuenta el sumatorio de la radiaciónsolar directa y la radiación difusa, en ciudadescomo Hannover, Bremen o Zurich se consiguen


captaciones medias de 1.000 KWh/m2, lo que puedesuponer unos 115 litros de gasolina por m2 y año.

Se pueden considerar como condiciones óptimas para la explotación de este recursoenergético las que den lugar a una irradiación mayor a 1.000 W/m2. Esto lleva adefinir un parámetro importante relacionado con el potencial de aprovechamiento dela energía solar: la constante solar, que es la cantidad de energía recibida a modode radiación solar por unidad de tiempo y unidad de superficie, medida en la zonaexterior de la atmósfera en un plano perpendicular a los rayos. El valor promedio de sumedición por los satélites es de 1.354 W/m2.

Hay que tener en cuenta que la intensidad de energía real disponible en la superficieterrestre es inferior a la constante solar debido a la absorción y a la dispersión de laradiación por la interacción de los fotones con la atmósfera.

La radiación que llega a la superficie terrestre es deunos 900 W/m2, lo cual supone unas 2.000 veces elconsumo energético mundial.

Por tanto, la radiación puede ser aprovechable tanto por su aspecto directo comodifuso, o incluso por la adición de ambos.

• Se considera radiación directa la procedente directamente del Sol, sin quemedien reflexiones o refracciones.

• A diferencia de la anterior, la radiación difusa procede de la bóveda celeste,durante el día, gracias a la reflexión y la refracción solar en la atmósfera, enlas nubes y en todos los demás fenómenos atmosféricos y terrestres.

Esta doble componente de la energía solar marcará, en gran medida, sus posiblesaplicaciones. Mediante el análisis de todas las variables en su conjunto se podrádeterminar el mapa solar de un área geográfica para prever la cantidad media deenergía que es posible captar.

1.3. Mapa solar de España

Según las variables estudiadas en el apartado anterior, España se sitúa entre lospaíses más idóneos de Europa y del mundo para el desarrollo de la energía solar.Su localización (entre 36º y 44º latitud norte) y su óptima climatología hacen que la


intensidad de la radiación sea muy adecuada y la nubosidad muy baja. Cabe destacarque en nuestro país incide una media de 1.500 kw/h de energía, dato similar al deotras áreas como América del Sur. A continuación presentamos un mapa que refleja lavariación de radiación en el mundo.

Por otro lado, y teniendo en cuenta que España dispone de una media de 2.500 horasde sol al año, bajas nubosidad y humedad, y una importante incidencia de los rayossolares, es evidente que hay diferencias entre unas zonas y otras. De esta forma,las regiones limítrofes con el Cantábrico rondan las 1.700 horas anuales de sol, y lasmediterráneas alcanzan fácilmente las 2.800. Estas importantes variaciones se basanen las diferentes condiciones climáticas y justifican que haya zonas donde la captaciónpotencial sea inferior a ciertas zonas de Europa Central, y en otras sea superior azonas de América Central o del Sur. Las comunidades autónomas de Andalucía yCanarias presentan el mayor número de horas solares anuales, y alcanzan las 3.000en un año medio.

El desarrollo reciente de la tecnología de aprovechamiento de la energía solar y lasituación privilegiada de España dan idea de las incalculables posibilidades que tieneen nuestro país, sin olvidar que en la actualidad tan sólo se aprovecha un 10% de laenergía que proporciona el Sol.


La energía solar se considera una fuente limpia de energía, renovable e inagotablea causa de su origen. Sin duda es una energía limpia, lo cual quedará evidenciadoa través del estudio de los mínimos impactos ambientales de la instalación de losdispositivos de almacenamiento, su mantenimiento y explotación.

Lógicamente, no son todo ventajas. Uno de los mayores inconvenientes de estaenergía es su falta de constancia o su variabilidad, ya que constituye un fenómenometeorológico sujeto a cambios: la radiación varía en función de la hora del día, de lascondiciones climáticas y de la latitud. Además de estos factores, la cantidad de energíasolar que potencialmente puede recogerse dependerá de la orientación del dispositivoreceptor.


1.4. Tipos de energía

Podemos distinguir varios tipos de energía solar, tal y como se muestra en la siguienteanimación:

[Animación Flash]

2. desarrollo histórico

A continuación se indican algunas fechas y acontecimientos importantes en relacióncon el desarrollo de la energía solar:

• El físico francés Edmond Becquerel descubrió el efecto fotovoltaico en 1839al comprobar que aumentaba la generación de energía al incidir la luz en lasolución conductora de una celda electrolítica formada por dos electrodosmetálicos sumergidos.

• En 1870 Heinrich Hertz desarrolló celdas fotovoltaicas capaces de convertirla luz en electricidad, con una eficiencia entre el 1 y 2%.

• Los estudios de Willoughby Smith, en 1873, dieron lugar al descubrimientode la fotoconductividad del selenio, y en 1877 Adams y Day desarrollaron laprimera celda de selenio.

• En 1921 se concedió a Albert Einstein el Premio Nobel por sus estudiosacerca del efecto fotovoltaico.

• Jan Czochralski desarrolló en 1951 el procedimiento que lleva su nombre yque permite la producción de cristales de silicio de alta pureza.

• Los investigadores Chapin, Fuller y Pearson dieron a conocer, en 1954, losresultados del descubrimiento de celdas solares de silicio con una eficienciadel 4,5%.

• En 1955 se comercializó el primer módulo fotovoltaico, con una eficienciacercana al 2%.

• En 1958 se lanzó el primer satélite, alimentado en parte por energíafotovoltaica (Vanguard I).

• En 1973 se desarrollaron las primeras viviendas, en fase deexperimentación, con placas fotovoltaicas que permiten la generación decorriente eléctrica y el calentamiento del aire a modo de calefacción.

• En 1978 aparecieron las primeras empresas de energía solar y se instalóun sistema fotovoltaico en Arizona para el bombeo de agua, que permitió elabastecimiento de 15 casas y cubría las necesidades de agua, iluminación,refrigeración y electrodomésticos.


• En 1981 se desarrolló el primer avión alimentado por tecnología fotovoltaicay se instaló en Arabia Saudita una planta desalinizadora por ósmosisinversa.

• En 1992 se instaló un sistema fotovoltaico en Lago Hoare, Antártida,que alimenta los equipos de un laboratorio: iluminación, ordenadores,impresoras.

• En 1996 se puso en marcha en Alemania un avión (Ícaro) alimentado portecnología fotovoltaica. La zona de las alas y la cola se recubrieron con3.000 células con una superficie de 21 m2.

• En el siglo XXI proliferan los huertos solares y la inversión privada en estetipo de energía, lo que ha derivado en su comercialización a gran escala.

3. usos y aplicaciones

A lo largo del curso se presentará una multitud de usos y aplicaciones de la energíasolar, por lo que en este tema haremos una breve referencia tan sólo a los másdestacables.

Quizá la utilidad más popular de la energía solar sea su aprovechamiento a travésde placas o paneles solares planos, muy eficaces para el calentamiento de aguapara calefacción o acondicionamiento de aire. Estos sistemas suelen ser fijos y sesitúan en el tejado de las viviendas, orientados hacia el Sur en el hemisferio norte yhacia el Norte en el hemisferio sur. Su uso se encuentra muy extendido por diversascausas: instalación asequible en los países desarrollados, alto rendimiento, mínimomantenimiento y poca capacidad contaminante en comparación con otros combustiblescomo el petróleo o el gas natural.

Otras aplicaciones de la energía solar están orientadas a un aprovechamiento industrialcomo aporte de energía al proceso productivo, por ejemplo, procesos que requierenevaporación o destilación; generación de electricidad a través de procesos térmicosy fotovoltaicos; usos agropecuarios en regadíos, invernaderos, secaderos de grano yotros productos; aplicación en piscinas, plantas potabilizadoras, hospitales, hoteles,huertos solares, hornos, cocinas térmicas, etc.


4. ventajas y desventajas de la energíasolar

De manera genérica, destacamos las siguientes ventajas de la energía solar:

• Es una energía descentralizada, autónoma, inagotable y limpia, conmínimo impacto ambiental, y puede sustituir a otros sistemas energéticoscontaminantes basados en combustibles fósiles.

• Permite alcanzar temperaturas de hasta 4.000 ºC, favoreciendo el desarrollode ciclos termodinámicos de alto rendimiento.

Y las siguientes desventajas:

• No puede almacenarse y, por tanto, debe transformarse en otra fuente deenergía como calor, electricidad o biomasa.

• Su aprovechamiento puede exigir la instalación de paneles que ocupan unagran superficie.

• Los principales componentes de los paneles solares tienen un precio alto.• Esta energía presenta variaciones diarias y estacionales y depende de las

condiciones climáticas, de forma que no asegura una producción constante.


Energía solar y eólica / Energía Solar / Módulo I. Introducción y energíasolar pasiva

U.D.2. Energía solar pasiva

U.D.2. Introducción y orientación en la energía solar pasiva

1. introducción

Las aplicaciones de este tipo de energía se basan en un aprovechamiento directo de laradiación solar sin mediar ningún tipo de transformación. El uso se puede producir demanera inmediata o mediante almacenamiento, pero siempre sin aportes externos deenergía ni sistemas mecánicos que intervengan en alguna transformación.

De esta forma, aparatos como ventiladores, bombas, compresores, etc. no seconsideran sistemas pasivos ya que requieren un consumo energético importantepara su funcionamiento y, por tanto, serán sistemas activos de energía solar. Lossistemas pasivos pueden consumir una cantidad mínima de energía para facilitar suregulación (pero no su transformación), por ejemplo, en los interruptores, que optimizanel rendimiento de los sistemas de captación, almacenamiento y utilización de la energíasolar.

Las principales aplicaciones relacionadas con este tipo de energía consisten enel calentamiento de áreas o zonas concretas, el calentamiento de agua mediantesistemas de circulación natural (basado en las corrientes naturales de convecciónde los fluidos), y el calentamiento de masa térmica y de materiales que regulen latransmisión de calor entre dicho material y el aire.

Otras tecnologías que se pueden considerar pasivas son las chimeneas solares, lascocinas solares o los hornos solares, a pesar de que es necesario consumir ciertacantidad de energía para la alineación de los espejos concentradores o receptores eneste último caso. De momento, no se ha conseguido hacer un uso extensivo y rentablede esta técnica.

Debido al consumo de energía prácticamente nulo de los sistemas pasivos, elcoste de mantenimiento también es muy bajo o inexistente y no producen emisiónde contaminantes ya que no requieren ningún tipo de combustión. A pesar desu simplicidad, muchos de estos sistemas son susceptibles de mejora en cuantoa rendimiento y rentabilidad económica. Un mejor rendimiento y la optimización


energética pueden minimizar el tamaño del aparato o sistema repercutiendodirectamente en los costes de diseño y mantenimiento.

Los beneficios de los sistemas pasivos más conocidos, directos y explotados hastala fecha, se relacionan con la calefacción de espacios que, en combinación con otrossistemas activos como los paneles solares fotovoltaicos, pueden redundar en unmenor impacto ambiental y suponer una destacable inversión económica en cuanto abeneficios potenciales. Estas técnicas participan de las aplicaciones relacionadas conla arquitectura bioclimática, muy desarrollada en los últimos años, aunque ya conociday probada desde hace décadas.

Los sistemas bioclimáticos se basan en la captación de calor por los elementosconstructivos de la vivienda durante el día, y su posterior distribución por la noche,y actúan como auténticos reguladores térmicos. Tal y como vemos en las siguientesimágenes, de forma pasiva conseguimos refrigerar la vivienda en verano y calentarla eninvierno, disponiendo como único aporte de la energía del Sol.

[Animación Flash]

2. arquitectura solar pasiva

Ya hemos definido los sistemas solares pasivos como los utilizados principalmente paracaptar y acumular el calor proveniente de la energía solar. Esta captación tiene lugar através de principios físicos básicos como la conducción, la radiación y la convección delcalor, que adquieren una gran importancia en la arquitectura solar pasiva.


De manera sencilla podemos definir la arquitectura solar pasiva como la que aprovechala energía solar captada a través de ventanas o paredes para mantener unascondiciones de confort en el interior de las viviendas y minimizar en lo posible el usode otros sistemas convencionales de climatización menos ecológicos y económicos.Algunos de los aspectos que se tienen en cuenta en este tipo de arquitectura son laorientación, la morfología, los materiales empleados y la localización en el terreno.

Se debe distinguir la arquitectura solar pasiva de la arquitectura bioclimática, quecuenta con mayor alcance y no se incluye en este tema. Por otro lado, la arquitecturabioclimática no considera únicamente la energía solar, sino todos los elementos


climáticos, y desarrolla ampliamente aspectos como la ventilación, la humedad y lautilización de sistemas de energías renovables (placas solares, aerogeneradores, etc.).

3. orientación

Con objeto de obtener un aprovechamiento máximo de la energía solar incidente alo largo de todo el día, las ventanas deben abrirse con orientación hacia el ecuador,es decir, hacia el Sur en el hemisferio norte y hacia el Norte en el hemisferio sur. Estesimple aspecto modifica enormemente el aprovechamiento de la energía solar y esel responsable de que sea muy habitual encontrar grandes ventanales orientadoshacia el sur (en el caso de España, por ejemplo) en viviendas concebidas inicialmentebajo criterios climáticos de arquitectura solar pasiva. Por otro lado, en el resto de lasparedes de la vivienda se disponen pocas y reducidas ventanas (teniendo en cuentaque lógicamente no reduzcan la confortabilidad) con objeto de evitar pérdidas de calor.A continuación presentamos dos imágenes que muestran la orientación del planetarespecto al Sol.


21 de diciembre

21 de junio

En función de estos criterios de captación solar, consideraremos adecuada unavivienda compacta y rectangular cuyo lado de mayor superficie va de Este a Oeste ymira hacia el Sur. Obviamente, el diseño de una vivienda que tenga en cuenta criteriosbioclimáticos no responde a fórmulas matemáticas concretas, por lo que habrá quetener en cuenta cada caso particular sin aplicar los criterios comentados como si deleyes se tratara.


Esta trayectoria de la Tierra alrededor del Sol se ve claramente en la siguienteanimación:

[Animación Flash]

4. morfología de la vivienda

Teniendo en cuenta que a lo largo del año varía el ángulo de incidencia de los rayossolares sobre la vivienda, podremos utilizar elementos arquitectónicos que favorezcanun calentamiento selectivo en el interior. Por tanto, en invierno, cuando aumenta lanecesidad de los rayos solares, se aprovechará su mayor inclinación a través de losmuros y las ventanas para que penetre más luz y calor al interior de la vivienda. Encambio, en verano, cuando las temperaturas son más elevadas y los rayos inciden másverticalmente, tendremos que buscar alternativas que reduzcan la entrada de estasradiaciones (en forma de luz y calor). Entre ellas, podemos contar con cornisas queimpidan el paso de los rayos solares verticales, propios del verano, pero permitan elpaso de los rayos más inclinados, propios del inverno.

El diseño de la vivienda debe considerar su forma, ya que puede influir directamente enla ganancia térmica. Para obtener un buen aislamiento hay que disminuir la superficie


de contacto, evitar entrantes y salientes como patios, alas, etc., y buscar una figurasimilar al cubo. Respecto a la altura, es lógico considerar que las más elevadasejercerán mayor resistencia frente al viento que las bajas. Desde el punto de vistaveraniego puede ser positivo, ya que la ventilación se incrementa de forma significativa,pero en invierno puede resultar un efecto claramente perturbador y que influya en laadecuada gestión térmica de la vivienda. Además de la altura, la forma aerodinámicadel tejado cobra gran importancia, ya que contribuye a alcanzar una óptima ventilaciónen verano y una reducción importante de las pérdidas de calor en invierno.

[Animación Flash]

U.D.2. Materiales y elementos arquitectónicos de la energíasolar pasiva

1. materiales empleados

Los materiales adquieren gran importancia a la hora de gestionar adecuadamente elcalor ganado o cedido, de forma que el captado no se pierda o se evite que el calorexcesivo del entorno entre en el interior de la vivienda a través de un aislamientoadecuado. Las paredes y los muros estarán fabricados de materiales que les permitanactuar como acumuladores térmicos al liberar el calor almacenado durante las horasde sol cuando disminuya la temperatura del entorno de la vivienda, normalmente por lanoche. Al mismo tiempo, deberán actuar en los días calurosos absorbiendo el excesode calor que se puede acumular en el interior de la vivienda y liberándolo por la nochemediante una adecuada ventilación.

Generalmente se asocia la capacidad de gestionar este calor a los materiales y algrosor de las paredes y los muros, siendo éstos factores clave para obtener situacionestérmicas confortables incluso en climas con temperaturas extremas. Se consideranmateriales térmicos adecuados los pesados de construcción como muros, techos osuelos gruesos de ladrillo, hormigón o piedra.

También se tendrán en cuenta los materiales de aislamiento que respondan al objetivoque pretendemos conseguir, que dificulten la transmisión de calor por conduccióndesde el exterior al interior de la vivienda y viceversa, pues resultan necesarios y degran utilidad tanto en invierno como en verano. Un adecuado aislamiento se logramediante recubrimientos con materiales como espumas o plásticos. Normalmente elaislante se coloca como recubrimiento de la masa térmica, bien sea una pared, un


techo o un suelo, de tal forma que se acumule el calor en el interior y se encuentre bienaislado del exterior.

Un aspecto fundamental del aislamiento es el acristalamiento, que permite captarla radiación solar durante el día, pero por la noche se puede convertir en vehículode pérdida de calor por convección o conducción. Este problema se puede evitarmediante el doble acristalamiento y con sistemas muy eficaces y sencillos comocontraventanas, cortinas y persianas, que se cierran de noche y se abren de día, ose cierran también durante el día en el periodo estival para evitar la entrada excesivade calor. Lógicamente, un óptimo aislamiento debe ir acompañado de un controladecuado de las posibles infiltraciones y pérdidas no controladas, teniendo en cuentaque siempre es necesaria una mínima ventilación. Todos estos factores se deben teneren cuenta para obtener un aislamiento adecuado en las diferentes épocas del año, ytanto de día como de noche.


2. localización

Otro de los puntos fundamentales, junto con la orientación, y que tiene tantaimportancia como el diseño de la vivienda, es la localización. Hay que considerar lascondiciones climáticas propias de la latitud y la región en la que está situada la vivienda(también llamadas condiciones macroclimáticas), así como las climáticas derivadas delos accidentes geográficos de la zona (llamadas condiciones microclimáticas).

Los aspectos que determinarán las condiciones macroclimáticas son, principalmente,las temperaturas medias, mínimas y máximas, la pluviometría y la humedad media, laradiación solar (tanto en intensidad como en días de sol) y los vientos característicos dela región y su velocidad.

En cuanto a las condiciones microclimáticas, deberemos considerar:

• La inclinación del terreno, que influirá determinantemente en la orientaciónde la vivienda.

• Los edificios o accidentes geográficos que permitan abrigar la viviendasiempre que no sea la fachada que da al sur (en el caso del hemisferionorte). De esta forma impediremos que las masas de aire se lleven el calorque se haya podido retener.

• Los cursos o masas de agua próximos que suavicen las variaciones detemperatura e incrementen la humedad del ambiente.

• Las masas arboladas cercanas que refresquen el ambiente en el que seencuentre la vivienda. Es propio de la arquitectura bioclimática y de laarquitectura solar pasiva el uso de árboles de hoja caduca que limiten lallegada de los rayos solares durante los meses de más calor y, en cambio,los acepte en invierno cuando las ramas desnudas por la caída de las hojaspermitan su paso.

• En climas fríos, la vivienda deberá evitar encontrar la sombra de árboles,laderas u otras viviendas, que impidan beneficiarse de la radiación solarpropia de cada estación. En cambio, en climas cálidos resulta muy valiosoconseguir este tipo de sombras protectoras de los fuertes rayos solares, queinfluyen considerablemente en el confort interno.

3. captación solar pasiva

La arquitectura solar pasiva, tal y como hemos definido, no requiere elementosmecánicos que conlleven un importante consumo energético, y aprovecha el propio


diseño de la vivienda, su orientación y otros elementos como el sistema de efectoinvernadero, que se encuentra ampliamente extendido. Este sistema consiste en crearrecintos acristalados cerrados orientados al sur (siempre teniendo en cuenta que nosencontramos en el hemisferio norte) que permiten que la radiación penetre calentandolos materiales dispuestos detrás y, a su vez, impidiendo que el calor en forma deradiación infrarroja emitida por los materiales se escape al exterior.

Habitualmente, y dependiendo del clima y del uso, existe un muro de separaciónentre el invernadero y la vivienda, que regula la temperatura entre ambos espacios,almacena este calor y lo libera posteriormente según un retardo propio de la inerciatérmica. En ciertos casos, el invernadero actúa calentando el aire que posteriormentese introduce en la vivienda a modo de calefacción. También conviene instalar sistemasde aislamiento como persianas o contraventanas que impidan que el calor se escapepor la noche a través del vidrio, por conducción o convección. Existe gran diversidadde invernaderos, pero destacan los que disponen de las cuatro paredes acristaladas(incluyendo el techo) o los de laterales opacos.

Una de las principales ventajas de estos sistemas de efecto invernadero es la creaciónde un espacio intermedio entre el exterior y la vivienda que actúa como regulador de la


temperatura y proporciona un mayor control de las condiciones de confort. Su superficiepuede ocupar toda la fachada orientada al sur y reducir en gran medida las pérdidaspor ventilación. Entre sus desventajas destaca el posible sobrecalentamiento que seproduce en verano y el coste en relación con el ahorro energético que proporciona,siendo aconsejable combinar este sistema con otros que lo completen y mejoren lagestión térmica de la vivienda.

Los dos parámetros que determinan los diferentes sistemas de captación son elrendimiento, o energía que se aprovecha realmente respecto a la que incide, y elretardo, que es el tiempo transcurrido desde el almacenamiento de la energía incidentey su liberación posterior. Teniendo esto en cuenta, distinguimos los siguientes sistemas:

• Directos: La radiación solar penetra directamente en el interior de lavivienda a través del acristalamiento, por lo que se aconseja disponer demateriales térmicos en suelos y paredes que acumulen el calor recibido.Estos sistemas destacan por un elevado rendimiento y un mínimo retardo.

• Semidirectos: Normalmente se emplea un invernadero como espaciointermedio entre el exterior y el interior de la vivienda, pero que también eshabitable o aprovechable. El calor almacenado en el espacio intermediose transmite al interior a voluntad por medio de un sistema de cerramientomóvil. No alcanza rendimientos tan óptimos como el caso anterior y presentaretardos mayores.

• Indirectos: Se componen de un material térmico de acumulacióninmediatamente próximo al cristal (a escasos centímetros) que se encuentraanexo al interior de la vivienda y transmite el calor acumulado por radiación,convección y conducción. Los materiales térmicos suelen ser el techo,el suelo o una de las paredes de la vivienda, y destacan por su elevadacapacidad calorífica. Son habituales los bidones de agua y los lechos depiedras, entre otros.

El caso más característico y conocido es el muro trombe, construido de ladrillo, piedra,hormigón o agua, y pintado de negro o de un color muy oscuro en la cara exterior.Este sistema puede disponer de orificios en la parte superior e inferior que permitanla transferencia de calor entre el material térmico y el ambiente por el proceso deconvección, que se suma al aporte por radiación. Este sistema también presentarendimientos inferiores al sistema directo y, a su vez, unos retardos muy importantes.

En ciertos casos es posible emplear este sistema para la superficie del techo, perouno de los principales problemas reside en las importantes pérdidas que puedenproducirse por la noche, por lo que es necesario contar con dispositivos móviles quelo impidan. Por otro lado, a veces el calor obtenido puede almacenarse bajo el sueloy, posteriormente, y de modo similar al sistema de ventilación del muro trombe, se


transmite el calor al ambiente interior. El sistema será empleado para refrigeracióninvirtiendo el sentido de su funcionamiento.

A la hora de diseñar estos sistemas deberemos tener en cuenta la presencia desuficiente masa térmica para el almacenamiento de la energía, la existencia deelementos móviles para el aislamiento, y aspectos como la orientación y los elementosque sombreen las áreas de captación, para obtener un máximo rendimiento en inviernoy se reduzca la captación en verano.

4. ventilación

Consiguiendo temperaturas y presiones diferentes entre dos estancias dentro de lavivienda se obtienen corrientes de aire que favorecen la ventilación. Así se asegura unequilibrio higrotérmico adecuado. Esta medida resulta fundamental en climas cálidos enlos que no se dispone de equipos de refrigeración.

5. aplicación de elementos y técnicas dearquitectura solar pasiva en viviendas nodiseñadas conforme a sus principios

La mayor parte de los medios y métodos expuestos de arquitectura solar pasiva, siendoválidos para la arquitectura bioclimática, han debido tenerse en cuenta en la etapaprevia a la construcción de la vivienda, es decir, en su ubicación y diseño, pero unagran cantidad de usuarios se encuentran en una situación determinada en la que no setuvieron en cuenta dichos criterios y están deseosos de tomar medidas que potencienel aprovechamiento de la energía solar.

En primer lugar se deberá prestar atención a la incidencia de los rayos solares en elinterior de la vivienda con objeto de tener en cuenta los lugares y momentos del día(y del año en cuanto a las estaciones) idóneos. Lógicamente, también hay que serconscientes de las sombras, y de sus horarios, proyectadas por viviendas o árbolescercanos. Bajo este punto de vista presentamos a continuación medidas que, singrandes inversiones ni tecnología compleja, pueden responder a esta necesidad.

Dependiendo de la estación del año, podemos acomodar, en la medida de lo posible,la decoración de la vivienda para aprovechar al máximo la radiación solar incidente. De


esta forma, en invierno fomentaremos la entrada libre de la radiación del Sol abriendocortinas y subiendo persianas, y también podemos contar con cubiertas de sofás ytresillos, alfombras, etc. de colores oscuros que absorban el calor. Por el contrario, enverano resulta fundamental una decoración basada en colores claros que no absorbancalor, así como cortinas, persianas y toldos que reduzcan la entrada de los rayossolares. También son de gran utilidad los toldos, que impiden que los rayos impactendirectamente en las paredes y los muros externos de la vivienda.


Además de medidas como contraventanas, persianas exteriores o toldos, podemoscontar con filtros vegetales de hoja caduca a modo de enrejado, que impidan que elsol penetre en verano y permitan su entrada en invierno con la caída de las hojas.Este mismo sistema se puede aplicar con árboles de hoja caduca. En la zona sur de lafachada refrescan el entorno mediante evapotranspiración y proporcionan sombra enverano.

6. otras aplicaciones de la energía solarpasiva: chimeneas y cocinas solares

La circulación de aire caliente a través de una chimenea se consigue mediante unintercambiador de calor geotérmico, que también suministra un enfriamiento pasivoa la vivienda. Básicamente la solar es una chimenea pintada de negro de formaque durante el día los rayos solares la calientan y generan una corriente de aireascendente. La succión que tiene lugar en la base de la chimenea puede suponertambién una agradable ventilación que refrescará la vivienda. Una chimenea solarcuenta básicamente con los siguientes elementos:

• Superficie que absorbe el calor de los rayos solares. Puede encontrarse enla parte superior o a lo largo de toda la chimenea.

• Aislamiento, características térmicas de la chimenea y clase de pintura.• Ventilación (localización de la chimenea, altura y características térmicas).


Otras aplicaciones sencillas son las cocinas solares. Tal y como vemos en el siguientedibujo, hay principalmente dos tipos de cocinas, aunque dentro de cada uno existe unagran variedad de modelos.




Vientos


Sistema solar


Refrigeración pasiva, calentamiento pasivo


Cambio climático


El movimiento de traslación


Tipos de energia solar




Resumen


Juego: Pinocho


Autoevaluación

Pregunta 1:La irradiancia o radiación solar es la cantidad de energía que alcanza un lugar

determinado donde se pretende realizar la captación.• Verdadero• Falso


Pregunta 2:El ecuador es el punto del planeta que recibe mayor radiación solar.



Pregunta 3:Por las condiciones no privilegiadas de Alemania en relación con la cantidad de

radiación solar, no se ha desarrollado este tipo de energía.• Verdadero• Falso


Pregunta 4:


Constante solar es la cantidad de energía recibida a modo de radiación solar

por unidad de tiempo y unidad de superficie, medida en la zona exterior de laatmósfera en un plano perpendicular a los rayos.



Pregunta 5:La radiación difusa procede directamente del Sol sin que medien reflexiones o

refracciones.• Verdadero• Falso


Pregunta 6:La mayor o menor capacidad de conducir calor por parte de un cuerpo se llama

coeficiente de conducción térmica.• Verdadero• Falso


Pregunta 7:Los sistemas pasivos tienen un coste elevado de mantenimiento, aunque no

producen ningún tipo de emisión de contaminantes.• Verdadero• Falso


Pregunta 8:La arquitectura solar pasiva y la arquitectura bioclimática son lo mismo.




Pregunta 9:Se consideran materiales térmicos adecuados los pesados de construcción como

muros, techos o suelos gruesos de ladrillo, hormigón o piedra.• Verdadero• Falso


Pregunta 10:En la arquitectura bioclimática y en la arquitectura solar pasiva no es conveniente

plantar árboles de hoja caduca.• Verdadero• Falso


Ejercicio. Características de vivienda solar pasiva




Módulo II. Energía solar fotovoltaica


El concepto fotovoltaico procede de la palabra griega phos, cuyo significado es luz,y de Volt por el destacado científico e investigador de la electricidad AlessandroVolta. De aquí podemos inferir que el conocido efecto fotovoltaico es un fenómenofísico basado en la transformación de energía solar en energía eléctrica. Algunasde las características particulares de las instalaciones fotovoltaicas son: su elevadorendimiento, el carácter gratuito del combustible, su mínimo impacto ambiental enrelación con las energías convencionales y también con otras energías alternativas (noproduce emisiones, vertidos o ruidos), una instalación rápida y fácil debido a que soninstalaciones modulares, el fácil mantenimiento sobre todo por la ausencia de piezasmóviles, así como su carácter inagotable.

Esta energía se basa en la obtención de energía eléctrica a través de panelesfotovoltaicos. Estos paneles o colectores están compuestos por dispositivossemiconductores de tipo diodo (que permiten el paso de corriente eléctrica en una soladirección) que, al recibir la radiación procedente del Sol, se excitan y causan saltoselectrónicos, con lo que generan una ligera diferencia de potencial entres sus extremos.La obtención de voltajes mayores se consigue a través del acoplamiento en serie devarios de estos fotodiodos, que constituyen equipos muy sencillos y óptimos paraalimentar pequeños dispositivos electrónicos.

Por tanto, los paneles solares fotovoltaicos (también llamados módulos fotovoltaicos ocolectores solares fotovoltaicos) están formados por un conjunto de celdas, las célulasfotovoltaicas, que producen electricidad a partir de la luz que incide sobre ellos.


Un parámetro fundamental a tener en cuenta es la potencia pico, que viene a serla potencia eléctrica máxima que puede suministrar un elemento fotovoltaico bajocondiciones estándares de medida.

Podemos clasificar los colectores fotovoltaicos en monocristalinos, policristalinos yamorfos, según se describen a continuación:

• Monocristalinos: compuestos por secciones de un único cristal de silicio,de forma circular o hexagonal. Hoy en día la mayor parte de las célulasfotovoltaicas son de silicio monocristalino de gran pureza, material que seobtiene a partir de la arena y que es muy abundante en la naturaleza.

• Policristalinos: compuestos por pequeñas partículas cristalizadas• Amorfos: colectores en los que el silicio no se ha cristalizado.

La efectividad es proporcional al tamaño de los cristales, pero también hay que tener encuenta aspectos como el peso, tamaño y coste, que también se verán incrementadossi buscamos una mayor efectividad. Como hemos comentado, el material clave dela mayor parte de la tecnología fotovoltaica es el silicio, debido a sus propiedadesque permiten liberar fácilmente electrones. El silicio se encuentra en la arena yafortunadamente se encuentra en importantes cantidades sobre la corteza terrestre, yaque es el segundo material más abundante de la misma.

Al incidir la luz sobre los paneles formados por el material semiconductor y las dosláminas, tal y como se ha explicado, se genera corriente continua por la diferenciade potencial creada, de forma que cuanto mayor sea la intensidad de la luz incidentemayor será la energía eléctrica generada. Esto no es óbice para que se genere


electricidad en días nublados ya que en estos casos también se pueden llegar aobtener rendimientos muy importantes a causa de la reflexión de la luz solar.

En el caso de equipos comerciales a mayor escala la corriente eléctrica continuagenerada por los colectores fotovoltaicos puede ser transformada en corriente eléctricae incorporada a la red eléctrica, hecho que favorece la rentabilidad de la inversióny ha motivado su implantación a multitud de particulares y a proyectos de mayorenvergadura.

U.D.2. Componentes de la instalación fotovoltaica

1. componentes de la instalaciónfotovoltaica

Para facilitar su estudio, los componentes de una instalación fotovoltaica se diferencianen dos partes: el módulo compuesto por células fotovoltaicas y el resto (inversores,baterías, sistema de cableado, seguidores, reguladores, etc.).

1.1. Módulo

Lo forman grupos de células fotovoltaicas generalmente soldadas y dispuestasbajo una lámina de vidrio. El módulo es el elemento clave de toda la instalaciónfotovoltaica que genera electricidad de forma limpia y ecológica. Una de las principalescaracterísticas y ventajas es su gran adaptabilidad a las necesidades del lugar dondeva a ser instalado en cuanto a tamaño, diseño o potencia, además de su sencillez demontaje y mantenimiento. Los módulos también son resistentes al agua, robustos yfuertes, y tienen una larga vida útil que puede llegar hasta los 40 años. Es habitualque los productores de los módulos fotovoltaicos garanticen un 80% del rendimientoenergético durante 20 ó 25 años. La información que se proporciona respecto alrendimiento hace referencia a un sistema en condiciones de prueba estándar, lo quepermite comparar los diferentes tipos de módulos.

La tecnología fotovoltaica avanza de forma imparable en función de las investigacionescentradas en los diferentes materiales semiconductores. Estos materiales fotosensiblesproducen electricidad cuando reciben la luz del Sol. Hasta la fecha el polisilicio (silicioaltamente depurado) es la tecnología que predomina claramente en el mercado debidoprincipalmente a su abundancia en la corteza terrestre, fiabilidad y amplio conocimiento


desde hace décadas, y fácil manipulación. Además del polisilicio se está desarrollandola tecnología llamada de capa fina, tanto en los ámbitos comercial como de I+D, cuyasprincipales ventajas son escaso consumo de material, ligereza y aspecto uniforme.

En la actualidad, empleando el silicio como materialde las células fotovoltaicas, se puede llegar aconseguir rendimientos superiores al 20%, lo quesignifica que el 20% de la radiación solar recibida sepuede transformar en electricidad.

Además del rendimiento, el espesor es otro factor fundamental en la produccióneléctrica. A menor espesor, menor silicio será necesario para cada célula y, por tanto,se reduce su coste. La tendencia es fabricar obleas cada vez más finas en las quehaya también un incremento de la eficacia, tal y como viene sucediendo últimamenteporque el espesor se ha reducido de forma considerable aumentándose de forma muyimportante el rendimiento.

Respecto a la producción de las obleas, destacan las mejoras en el aprovechamientodel mineral de silicio mediante tecnologías como la extracción de capas finas a partirde fusión o la fusión de silicio en polvo, ya que hasta la fecha se producían importantescantidades de residuos de silicio en forma de pulpa de corte. Estas mejoras permitenreducir la pérdida de material y disminuir de forma importante la demanda de silicio porvatio de capacidad.

Silicio monocritalino: Las células se fabrican cortando obleas de un solo cristal desilicio puro. Destacan por una importante eficiencia y un elevado coste. Aunque enlos últimos años su cuota de mercado se ha reducido mínimamente, sigue siendo lasegunda opción más extendida tras la tecnología de silicio policristalino.

Silicio policristalino: A diferencia del caso anterior, las obleas están conformadaspor muchos cristales de silicio. Aunque su eficiencia resulta menor, también lo es sucoste. A diferencia de la tecnología de silicio mocristalino, en los últimos años vienemanteniendo su cuota de mercado, aunque la producción sigue creciendo de formaimportante.

Capa fina: Como indica su nombre, es una tecnología basada en materiales muyfinos depositados en soporte de bajo coste (como plástico, acero inoxidable o vidrio)y, lógicamente, con propiedades fotosensibles. Sus principales ventajas son mayoraprovechamiento de energía y materia prima en términos de producción y mejorcapacidad de adaptación arquitectónica. Además, la mano de obra para el montajede los módulos exige un proceso menos intensivo. Por otro lado, su eficiencia es la


más baja de las tres tecnologías y, por tanto, requiere ocupar más espacio que elpolisilicio. También puede presentar síntomas de degradación a medio y largo plazo.La capa fina es la tecnología que más ha crecido en los últimos años tanto en términosde producción como de cuota de mercado. Esta tendencia queda constatada con eldesarrollo de importantes plantas de producción.

Dentro del segmento de la tecnología de capa fina destacan cuatro tipos diferentes:CdTe (telurio de cadmio), CIS (cobre, indio y selenio), a-Si (silicio amorfo) y CIGS(cobre, indio, galio y selenio). La tecnología a-Si (silicio amorfo) es la más desarrolladay alcanza en la actualidad el 40% del mercado dentro del sector.

La imparable investigación para el aprovechamiento solar va más allá de la tecnologíade capa fina, y en la actualidad se estudian dispositivos llamados Full Spectrum, otambién la nanotecnología, así como las células multi-banda o multi-unión. Actualmentelas empresas están destinando cerca del 8% a I+D+I, muy por encima de otrossectores considerados tecnológicamente punteros como es el informático.

En la actualidad se está investigandoprofundamente en los llamados módulos deconcentración que, mediante concentradores ópticoscomo espejos y lentes, agrupan y enfocan la luzsolar en una reducida área del material fotovoltaico.Así se consigue disminuir el tamaño de la célulaempleada y el coste de la instalación, y tambiénaumentar la eficiencia del módulo para alcanzarrendimientos del 30-40%. Todo ello repercute enuna mayor rapidez de la amortización energética delsistema. Los principales problemas de este sistemason que no es capaz de aprovechar la luz solardifusa y que requiere un seguimiento muy precisoque asegure la orientación adecuada al Sol.

Todas estas alternativas aseguran un progresivo avance y desarrollo de la tecnologíade energía solar, pero se espera que el silicio cristalino siga predominando a lo largo delos próximos 10 ó 15 años.

1.2. Otros componentes

Uno de los componentes esenciales son los inversores, que permiten transformar lacorriente continua producida por un generador fotovoltaico en corriente alterna para


que sea transportada por la red de distribución de electricidad local. Los inversorespresentan una importante variedad de tipos de potencias, que pueden ser desdecientos de vatios hasta la gama más habitual de varios kWp (entre 3 y 6 kWp). Tambiénexisten inversores empleados en instalaciones de gran tamaño que pueden llegar a serde 100 kWp o mayores.

En el caso de sistemas fotovoltaicos no conectados a red, será necesaria una batería,normalmente plomo-ácido, que permita el almacenamiento de la energía para unconsumo posterior. Existen baterías especiales diseñadas para el sector solar y unalarga vida útil (de unos quince años) siempre con el mantenimiento adecuado. Labatería está conectada a la instalación fotovoltaica a través de un controlador de carga,que es un componente vital para proteger la batería de las sobrecargas o descargas,así como reportar datos e información sobre el estado del sistema o facilitar la medicióny el prepago de la electricidad empleada.

Además se deberá contar con todos los elementos necesarios que garanticen laseguridad y la protección de las personas y de la instalación fotovoltaica para evitarcortocircuitos, sobrecargas, así como otros elementos y protecciones necesarias yestablecidas por la normativa vigente.

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1.3. Componentes de la instalación fotovoltaicaen una vivienda

Los componentes de un sistema fotovoltaico se diferencian mínimamente en función desi la aplicación es autónoma o conectada a la red, así como de las características de lainstalación. En el caso de un sistema autónomo, la instalación debe disponer de placasfotovoltaicas, acumuladores eléctricos, regulador de carga e inversor.

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Las instalaciones conectadas a red no necesitan incorporar un acumulador debido aque la energía derivada a la red no precisa ser acumulada previamente.


U.D.3. Puesta en marcha, explotación y mantenimiento de lainstalación

1. puesta en marcha

En caso de no tener amplios conocimientos de la materia, será aconsejable pedirasesoramiento a empresas profesionales que nos orienten sobre las mejores opcionesdisponibles y realicen un estudio de viabilidad del proyecto. De esta forma, en principiose deberá determinar la potencia en función de la superficie disponible, el dinero que sedesea invertir y la energía que se va a obtener y, por tanto, los beneficios por la ventade la electricidad. Una vez que queda clara esta información y se ha decidido con quéempresa instaladora trabajar, ella efectuará el proyecto de instalación y proporcionaráasesoramiento sobre trámites administrativos así como sobre solicitud de ayudas ysubvenciones.

En general se deberán seguir los siguientes pasos administrativos para montar unainstalación solar fotovoltaica.

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2. explotación y mantenimiento

La instalación fotovoltaica funcionará en perfectas condiciones mientras se asegurenuna explotación y un mantenimiento adecuados y correctos de sus componentes. Encaso de un diseño óptimo de la instalación y un buen mantenimiento, en España sedeberían asegurar los siguientes datos respecto a la vida media de los componentes:


Durante la explotación y el mantenimiento habrá que prestar especial atención a lossiguientes puntos que pueden producir pérdidas, aunque algunas sean inevitables porel paso del tiempo.

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2.1. Plan de vigilancia y de mantenimientopreventivo

Todo mantenimiento efectivo deberá contener un plan de vigilancia que asegure quelos valores operacionales de la instalación son los planificados. También incluiráverificaciones de parámetros funcionales relacionados con la energía, la tensión, etc.,así como la limpieza de los módulos en caso de ser necesaria.

Además del plan de vigilancia, y para asegurar las menores pérdidas, hay queestablecer un mantenimiento preventivo que contemple inspecciones visuales,revisiones de parámetros y actuaciones, y demás actividades que garanticen elcumplimiento de las condiciones de funcionamiento adecuadas y la protección de lainstalación.

La instalación deberá disponer de un libro de mantenimiento que refleje todas lasactuaciones preventivas y correctivas, como sustitución de elementos en malascondiciones, comprobación de componentes, conexiones y módulos, revisiones,


inspecciones, etc. El personal responsable del mantenimiento estará compuesto poroperarios competentes en materia de tecnología fotovoltaica e instalaciones eléctricas.

3. rendimiento efectivo

Tomando como referencia la zona central de España y un periodo de un año, laradiación captada por un módulo con la inclinación y la orientación óptimas podríaser de 1850 kWh/m2. Teniendo en cuenta que la potencia nominal de un módulo seconsigue cuando la radiación recibida es de 1 kWh/m2, para este caso de referenciaequivale a la radiación durante 1850 horas sobre una superficie de 1 kWh/m2. Estoindica que sin pérdidas daría su potencial nominal durante 1850 horas y la energíaeléctrica entregada se obtendría del producto de su potencia nominal por esas horas.

La variación en España de estos datos es importante, ya que un módulo con lainclinación adecuada trabajaría en el Norte a potencia nominal alrededor de 1450horas, y en el Sur alrededor de 2000 horas. Teniendo en cuenta esas pérdidas, lashoras por las que habría que multiplicar la potencia nominal varían en las diferentesregiones de España ya que hacen referencia a una insolación y un rendimiento óptimosdel 100%.

Habitualmente se realiza un seguimiento de las pérdidas de potencia descritas y conello se establece un indicador que consiste en el cociente entre el rendimiento realy el teórico, obteniendo así el rendimiento de la instalación. Este indicador dependeúnicamente de las pérdidas y no de la insolación, y se deberá tener en cuenta en elcaso de que el valor obtenido diste del previsto para el tipo concreto de instalación, yaque indica pérdidas superiores a las esperadas.

4. aspectos económicos

Presentamos a continuación dos ejemplos que podrían interesar a un inversor medio.Indican las características de la instalación, los aspectos económicos relacionados y lasemisiones atmosféricas que se dejan de producir.

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U.D.4. Evaluación del impacto medioambiental

1. introducción

El creciente desarrollo y la instalación de parques solares y tecnología de estaíndole ha favorecido el estudio y la investigación de los impactos ambientales quepueden presentar. Varían en gran medida en función de la ubicación y el tamaño de laexplotación, por lo que resulta difícil generalizar sobre sus principales efectos.

La energía solar fotovoltaica es la fuente renovable más limpia y que produce mínimasemisiones, ruidos o vibraciones. El impacto visual puede reducirse y controlarse debidoa que la instalación en módulos permite que se adapte a la morfología de las áreasdonde se vaya a instalar. Por otro lado, al producir energía cerca de los lugares deconsumo o redes de distribución se evitan pérdidas debidas al transporte. A pesarde esta situación ambiental favorable, los impactos no son despreciables. En esteapartado se pretende identificar y determinar su significación.

Las Administraciones central y autonómicas están regulando el procedimiento deevaluación del impacto ambiental con el establecimiento de la normativa de lasactividades que requieren someterse a él, como el contenido que debe presentarel estudio de impacto ambiental, que constituye el informe técnico desarrollado enel procedimiento administrativo general de evaluación de impacto. La legislaciónbásica estatal sobre evaluación de impacto ambiental no considera las instalacionesfotovoltaicas como supuestos sometidos a este procedimiento, pero habrá que teneren cuenta la normativa autonómica y en algunos casos solicitar aclaración explicita a laAdministración autonómica.

2. aspectos ambientales

Independientemente de la necesidad de realizar un estudio de impacto ambiental,antes de instalar cualquier tipo de instalación fotovoltaica de cierta envergadura sedeberán tener en cuenta algunos aspectos ambientales. El impacto de instalacionesmenores domésticas o sobre tejados, fachadas y terrazas de edificios ya existenteses mínimo, pero en parques o huertos solares que ocupan extensiones importantesde terreno es necesario prestar especial atención a los aspectos ambientales que sepresentan a continuación.


3. impactos ambientales de un proyectofotovoltaico

Una vez analizados los principales aspectos ambientales previos a la instalación deun huerto o parque solar, de forma general hay que tener en cuenta los impactosambientales de una instalación fotovoltaica, desde la concepción y diseño hasta el finalde su vida útil.

3.1. Fabricación de módulos y paneles solares

No son relevantes ni la cantidad consumida ni la toxicidad de las materias primas. Laprincipal materia prima que utilizan las fábricas de paneles solares es el silicio. Enfunción de su manipulación, se pueden producir pérdidas importantes como los restosde silicio derivados del proceso de corte de las obleas. Nuevas técnicas productivas,como la fusión de silicio en polvo en un substrato determinado o la extracción decapas finas derivadas de la fusión, reducen en gran medida las pérdidas de materialderivado del proceso de corte, lo que supone un ahorro económico importante asícomo la reducción de la emisión de contaminantes y una mayor optimización de lainversión energética necesaria. Además, en la actualidad se han desarrollado técnicasde recuperación y reciclado del silicio en la industria electrónica.

La fabricación de paneles puede dar lugar aemisiones derivadas del consumo de combustiblesfósiles. Se estima que por cada kWh se producenentre 20 y 70 gramos de CO2 en el procesoproductivo.

En toda la vida útil de una instalación fotovoltaica sólo se consume agua en la fase defabricación de células, lo cual se considera un impacto ambiental mínimo. Por otro lado,los paneles deben reciclarse convenientemente cuando se agota su vida útil ya que lacombustión podría dar lugar a gases tóxicos muy contaminantes.


3.2. Acondicionamiento previo al montaje yconstrucción

Una fase fundamental del montaje de una instalación fotovoltaica es la elección idóneadel entorno donde se ubicarán los diferentes equipos, componentes, instalaciones,vías de acceso y líneas auxiliares, tanto desde un punto de vista operativo y productivocomo, por el tema que nos ocupa, ambiental. Se deberá tener en cuenta su impactovisual y estudiar la forma de integrarlos en el entorno según criterios paisajísticos,así como situarlos en zonas alejadas de poblaciones o carreteras. Esta integraciónconsiderará el desarrollo de pantallas naturales y setos que minimicen el impacto eimpidan una visión incómoda de la instalación.

3.3. Montaje y construcción

La instalación de todo el aparataje eléctrico (conducciones, cableado, equipos einstalaciones), el montaje de los módulos fotovoltaicos y la construcción de vías deacceso son las actividades que mayor impacto ambiental pueden causar, pero susefectos se minimizan al atender ciertos criterios ambientales mínimos. Estos impactosson producto principalmente del acondicionamiento y la nivelación del suelo. Losrequisitos de la propia instalación pueden dar lugar a procesos erosivos de ciertarelevancia, y una posible solución es la siembra de cultivos de laboreo superficial.En este punto se deberá valorar el soterramiento de gran parte del cableado y losdiferentes impactos de cada alternativa.

Es posible integrar en el entorno los componentes ylas instalaciones si se pintan convenientemente.

3.4. Mantenimiento y funcionamiento

En condiciones normales no se añaden importantes impactos a los visuales derivadosdel parque solar. En todo caso, no será desdeñable la implantación de buenasprácticas de mantenimiento que tengan en cuenta posibles situaciones anómalas o deemergencia que puedan causar derrames o vertidos de productos nocivos. Además, siel terreno ha sido sembrado, los residuos orgánicos vegetales generados se deberángestionar según criterios ambientales.


3.5. Impacto ambiental positivo

Todo análisis ambiental de una instalación u obra de cierta envergadura debecontemplar los impactos negativos pero también los positivos. La solar destacapor derecho propio como la energía renovable de menor impacto ambiental, tantopor sus reducidas emisiones como por los mínimos residuos, ruido y otros efectos.Además del mínimo impacto, su desarrollo debe suponer un retroceso de las energíasconvencionales más contaminantes como la nuclear o la térmica.

Según los datos que presenta el Plan de Energías Renovables (PER), cada kWhoriginado por la combustión de carbón da lugar a unas emisiones de 977 g de CO2 y, sies producido con gas natural en ciclos combinados, 394 g de CO2 por kWh generado.Teniendo en cuenta los diferentes sectores energéticos presentes en España, cadakWh produce unas emisiones por término medio de 400 g de CO2.

U.D.5. Usos de la energía solar fotovoltaica

1. introducción

Quizá las únicas limitaciones para instalar paneles fotovoltaicos donde es necesaria laelectricidad son el coste del equipo y, en ciertos casos, la superficie ocupada por lospaneles, pero en las instalaciones bien dimensionadas el último factor no debería sertan limitante. Los beneficios de esta tecnología se ponen claramente de manifiesto enlugares remotos alejados de la red de distribución eléctrica ya que el factor económicoes un punto fuerte que favorece su distribución comercial, así como en los casos en losque se requiere baja potencia eléctrica.

Entre las principales aplicaciones se incluyen:

• Instalación de sistema eléctrico en viviendas.• Sistemas de bombeo (por ejemplo, en el caso de pozos) y riego.• Iluminación de vías de tránsito.• Repetidores de comunicaciones y estaciones meteorológicas.• Potabilizadoras y depuradoras de aguas residuales.• Centrales de gran tamaño.


2. áreas aisladas sin red

Las características propias de esta tecnología hacen que resulte idónea en lugaresalejados de las redes e infraestructuras eléctricas, normalmente áreas rurales. Norequiere combustible para su alimentación, presenta una elevada fiabilidad, el mantenimiento no es complejo y además se puede adaptar a cualquier lugar y espacio.En estos casos de ausencia de conexión a la red eléctrica es necesario que el sistemaesté conectado a una batería a través de un controlador de carga. La batería acumulala electricidad generada para usarla posteriormente. Es posible utilizar un inversor quepermita obtener corriente alterna y alimentar aparatos eléctricos normales.

Estas zonas alejadas de núcleos urbanos puedenbeneficiarse de la tecnología fotovoltaica para elsistema de comunicaciones y alumbrado, sistemasde bombeo y depuración, sistemas de riego yrefrigeración de medicinas y vacunas, sistemasde alumbrado en el exterior de la vivienda o puntode carga de baterías, entre otros. En el casode viviendas aisladas, se neceesita un panelfotovoltaico, una batería y un regulador que controlela carga, además del sistema de cableado eléctricopara conectar las bombillas o los electrodomésticos.

En algunos casos se opta por conectar varias instalaciones de generación y secrea una red eléctrica mayor que un único punto. De esta forma hay una notablemejoría en la electrificación de un conjunto de viviendas o instalaciones y se requieremenor capacidad de acumulación que en las instalaciones individuales. Las redes apequeña escala suelen funcionar con corriente alterna, lo que facilita la alimentaciónde componentes eléctricos comunes y pueden ser sostenidas por otras fuentes deenergía adicionales como el gasóleo o los generadores eólicos o hidráulicos, que lotransforman en un sistema que garantiza un sistema híbrido permanente.

En definitiva, esta tecnología puede asegurar las necesidades básicas de áreas ruralesalejadas de infraestructuras eléctricas, pero también promover un desarrollo importanteen zonas limitadas mediante la industria y otros servicios dependientes de la energíaeléctrica como, por ejemplo, alimentación de equipos informáticos o electrificación desistemas de iluminación. La rentabilidad viene determinada en gran parte por su escasogasto de mantenimiento y funcionamiento, ya que la inversión principal se realiza alinicio y resulta vital un adecuado sistema de financiación.


La energía solar fotovoltaica también puede jugar un papel decisivo en áreas aisladaso rurales de países en vías de desarrollo, ya que se estima que actualmente alrededorde 1.750 millones de personas viven sin servicios básicos de energía, la gran mayoríaen áreas rurales. Algunas de las aplicaciones más útiles y necesarias en estoscasos serían el bombeo de agua, el suministro a herramientas eléctricas, la mejorade iluminación y sanidad, el incremento de conexiones a Internet y la mejora de laformación de la población, entre otras.

Otros usos sin conexión a red pueden ser los relacionados con la industria. Predominanen este campo las aplicaciones en telecomunicaciones, principalmente para unir zonasaisladas rurales con núcleos urbanos bien abastecidos. Otras utilidades industrialesdestacadas son desalinizadoras, equipos de navegación marítima, estacionesmeteorológicas o de contaminación, iluminación y señalización de carreteras yautopistas, así como depuradoras de aguas residuales.

3. sistemas conectados a red

La mayor parte de la energía fotovoltaica producida se vierte directamente a la red dedistribución eléctrica. Se evita así la necesidad de acumuladores y se presenta unaeficiencia mayor que la tecnología fotovoltaica en áreas aisladas. En la actualidadno hay duda de que la conexión de este tipo de energía a la red eléctrica funcionade forma fiable y eficiente, lo cual queda patente en los cientos de miles de sistemasfotovoltaicos conectados a red que están funcionando de forma óptima en numerosospaíses, entre los que destacan Estados Unidos, Japón y Alemania. Los principalesmotivos para apostar por este tipo de energía son:

• Mínimo impacto ambiental y aumento de la concienciación.• Beneficio económico por la venta de energía a las empresas eléctricas.• Ahorro de electricidad en los picos de demanda como, por ejemplo, días

calurosos de verano en los que se hace uso del aire acondicionado.• Proporcionar estabilidad al consumo en casos cuyo suministro se puede

recibir de forma irregular.

La evolución del mercado fotovoltaico en función de la aplicación mediante conexióna red o aislada refleja claramente que aumenta en mayor proporción la tecnologíaconectada a red. En ella es necesario un inversor que transforme la corriente continuaderivada de los paneles en corriente alterna. Este inversor, además, controla el sistemay lo desconecta de la red en caso de que detecte alguna anomalía.


Una de las aplicaciones más extendidas de energíafotovoltaica conectada a red se presenta enedificaciones (centros comerciales, industrias,viviendas, etc.), situada normalmente en tejados ycubiertas. En la actualidad se tiende a incorporar lasinstalaciones solares en la propia arquitectura deledificio, integrándola entre los diferentes materialesde construcción, cerramientos, tejas, etc.

Esta tendencia de incorporación a la arquitectura del edificio se ve beneficiada,además de por su utilidad, por la estética moderna y tecnológica que presenta enlas fachadas, y también por el compromiso con el medioambiente que transmite laempresa. De esta forma, por un lado se produce electricidad y por otro se mejora laimagen con el uso de esta tecnología como material de construcción. Los sistemassuelen ser de pequeño tamaño, entre los 5 kW y los 200 kW, aunque en casospuntuales se pueden superar ampliamente estos márgenes. La menor complejidadde instalación de los sistemas en el suelo hace que se opte mayoritariamente poresta opción a pesar de que hay bastante superficie en cubiertas y tejados para elabastecimiento eléctrico de la población. Las instalaciones sobre suelo se disponengeneralmente en terrenos de poco valor agrícola así como en tierras degradadas. Enla actualidad encontramos instalaciones sobre suelo desde pocos kilovatios a decenasde megavatios. Lógicamente, cuanto mayor sea la producción, mayor la rentabilidadobtenida.

Algunas de las ventajas de las instalaciones sobre suelo son la facilidad para obtener lainclinación óptima de los paneles y para instalar seguidores que mejoran la captaciónde la radiación solar a lo largo del día. La rentabilidad con el uso de seguidores seve incrementada de forma importante aunque también tiene mayores costes demantenimiento e instalación. Este tipo de aplicación sobre suelo se ha incrementadoenormemente en España, y Navarra es la comunidad autónoma que más ha apostadopor ella.

En países como España, donde cada año se incrementa enormemente el consumoeléctrico a causa de un mayor uso de aparatos de aire acondicionado, la tecnologíafotovoltaica ayuda a soportar los picos de demanda en los días más calurosos deverano, y se evitan de esta forma posibles cortes de electricidad. También en nuestropaís, y en muchos otros, el alquiler de tierras para el desarrollo de parques solaresfotovoltaicos proporciona a los agricultores un rendimiento óptimo de sus tierrasdurante al menos 25 ó 30 años.


4. bienes de consumo

Cada vez es más habitual encontrar aparatos y bienes de consumo que funcionan conenergía fotovoltaica, como es el caso de juguetes, calculadoras y, en general, equiposeléctricos de todo tipo. También empieza a ser común el desarrollo de instalacionesque funcionan con esta energía como equipos de extinción de incendios, señalización eiluminación en carreteras o incluso aparatos de aire acondicionado en vehículos.


U.D.6. Ventajas e inconvenientes

1. ventajas e inconvenientes

A continuación presentamos una completa animación con las principales ventajas einconvenientes de la energía solar fotovoltaica.

[Animación Flash]

U.D.7. Presente y futuro de la energía fotovoltaica

1. presente y futuro de la energíafotovoltaica

Las diferentes tecnologías fotovoltaicas presentan un importante crecimiento en losúltimos años. Respecto a la cuota de mercado, destacan el incremento de la tecnologíade capa fina y la reducción del policristalino, aunque se mantienen como dominantes.Todo ello queda patente en el incremento de la tecnología de capa fina frente a todaslas demás así como en el mantenimiento de esta tendencia durante los próximos años.Hay previsiones de este imparable crecimiento hasta el año 2030 como mínimo.

La web http://www.asif.org, página oficial de la Asociación de la Industria Fotovoltaica,presenta informes sobre la situación actual y las previsiones de la energía solarfotovoltaica.

1.1. Energía solar fotovoltaica en el mundo

El mercado fotovoltaico mundial no cesa de crecer a un ritmo vertiginoso y se estimaque continuará aumentando durante varias décadas. El desarrollo se concentraen algunos países, pero poco a poco se van incorporando otros al desarrollo yla implantación de esta tecnología como Italia, Francia y Corea del Sur, que hanregistrado crecimientos muy importantes. Los países líderes hoy en día son España,Estados Unidos y Japón.

http://www.asif.org


Aparte de la potencia instalada en los diferentes países, en otro aspecto importantecomo la fabricación de células fotovoltaicas viene destacando China frente a paísesque habían liderado este ámbito como Alemania y Japón.

Otro dato interesante es conocer la titularidad de las instalaciones fotovoltaicas queprevalece en los diferentes países que apuestan por esta energía. En España cabeseñalar la escasa apuesta por el sector público y la vivienda, y la clara supremacía delos grandes proyectos frente al resto. Este indicador da muestras de la necesidad defacilitar la instalación fotovoltaica en la edificación.

La web http://www.asif.org, página oficial de la Asociación de la Industria Fotovoltaica,también publica informes sobre la situación actual y las previsiones de la energía solarfotovoltaica en España, en Europa y en el mundo.

1.2. Energía solar fotovoltaica en España

Al igual que la energía térmica y termoeléctrica, la evolución de la energía solarfotovoltaica viene marcada en gran parte por el plan de energías renovables (PER)2005-2010, que establece para el año 2010 el objetivo de un incremento en 363 MWrespecto a 2005, y se estima que la energía acumulada en ese periodo de cinco añosserá de 400 MWp.

Desde los puntos de vista social y medioambiental, destacan las siguientes cifras:

• Inversión de 2.039 millones de euros.• Creación de alrededor de 9.200 empleos.• Disminución de 206.000 tCO2 a partir de 2010.

La energía eólica sigue destacando en nuestro país frente al resto de las energíasrenovables, pero la evolución del número de instalaciones solares fotovoltaicas, que seha triplicado en los últimos años, da idea de su enorme potencial.

El crecimiento del sector de la energía solarfotovoltaica en los últimos años ha sido muy superiora la mayor parte de las energías renovables.

El año 2008 vino marcado en España por un crecimiento importantísimo de laenergía solar fotovoltaica, que nos situaba como líderes mundiales en el desarrolloe implantación de esta energía, hasta el punto de multiplicar por nueve sus propiosobjetivos. Uno de los principales motivos de este crecimiento exponencial fue la entrada

http://www.asif.org


en vigor a finales del pasado ejercicio del Real Decreto 1578/08, que entre otras cosasredujo las primas, fomentaba las plantas de tejado frente a las de suelo, fijaba unmáximo de megavatios para las centrales y creaba un sistema de asignación trimestralde potencia para limitar la potencia instalada.Esta normativa más restrictiva y con menos incentivos que la anterior provocó laaceleración y puesta en marcha de muchos proyectos antes de su entrada en vigor, loque derivo en un año 2008 muy positivo y un 2009 mucho menos esperanzador. Dehecho, frente a los cerca de 2.400 MW instalados en 2008, el Ministerio de Industriasólo permitirá en 2009 la instalación de 500 MW, lo que está siendo un duro golpe parael sector.



Resolución 97/C210/01 del Consejo, de 27 de junio de 1997, sobre fuentes renovablesde energía. DOCE 332/C, de 03-11-97

Libro blanco sobre energías renovables de la Unión Europea.Libro blanco sobre energía para el futuro: fuentes de energía renovables.Libro verde Hacia una estrategia europea de seguridad del abastecimiento energético.

Directiva 2001/77/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 27 de septiembre de2001, relativa a la promoción de la electricidad generada a partir de fuentes de energíarenovables en el mercado interior de la electricidad. DOCE 27-10-2001

Directiva 2002/91/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 16 de diciembre de2002, relativa a la eficiencia energética de los edificios. DOCE de 4.1.2003


Real Decreto 615/1998, de 17 de abril, por el que se establece un régimen de ayudas yse regula un sistema de gestión en el marco del Plan de Ahorro y Eficiencia Energética.BOE 107, de 0-5-1998

Real Decreto 2224/1998, de 16 de octubre, por el que se establece el certificado deprofesionalidad de la ocupación de instalador de sistemas fotovoltaicos y eólicos depequeña potencia. BOE 269, de 10-11-1998


Real Decreto 891/1980, de 14 de abril, por el que se dictan normas sobrehomologación de prototipos y modelos de paneles solares. BOE 114, de 12-5-1980

Orden de 28 de julio de 1980, por la que se aprueban normas e instrucciones técnicascomplementarias para la homologación de paneles solares. BOE 198, de 18-8-1980

Resolución de 26 de febrero de 1988, de la Dirección General de Innovación yTecnología, por el cual se autoriza a la Asociación Española de Normalización yCertificación (AENOR) para asumir las funciones de normalización en el ámbito de laenergía solar. BOE de 29-03-88

Real Decreto 1663/2000, de 29 de septiembre, sobre conexión de instalacionesfotovoltaicas a la red de baja tensión. BOE 235, de 30-09-00

Resolución de 31 de mayo de 2001, de la Dirección General de Política Energéticay Minas, por la que se establecen modelos de contrato tipo y modelo de factura parainstalaciones solares fotovoltaicas conectadas a la red de baja tensión. BOE 148, de21-6-2001

Real Decreto 47/2007, de 19 de enero, por el que se aprueba el procedimiento básicopara la certificación de eficiencia energética de edificios de nueva construcción. BOE nº27, de 31/01/07

REAL DECRETO 661/2007, de 25 de mayo, por el que se regula la actividad deproducción de energía eléctrica en régimen especial. BOE de 26 de mayo de 2007

REAL DECRETO 1578/2008, de 26 de septiembre, de retribución de la actividadde producción de energía eléctrica mediante tecnología solar fotovoltaica parainstalaciones posteriores a la fecha límite de mantenimiento de la retribución del RealDecreto 661/2007, de 25 de mayo, para dicha tecnología.


Andalucía

Ley 2/2007, de 27 de marzo, de fomento de las energías renovables y del ahorro yeficiencia energética de Andalucía. BOJA 70, de 10-4-2007


Castilla-La Mancha

Ley 1/2007, de 15 de febrero, de fomento de las energías renovables e incentivacióndel ahorro y eficiencia energética en Castilla-la Mancha. BOE 118, de 17-5-2007

Canarias

Ley 1/2001, de 21 de mayo, sobre construcción de edificios para la utilización deenergía solar. BOE 160, de 05-07-01. BOC 67, de 30-05-01. c.e BOC 74, de 15-06-01

La Rioja

Orden de 31 de mayo de 1996, sobre fomento de la generación de energía eléctrica pormedio de energías alternativas. BOLR de 27-6-1996

Orden de 15 de mayo de 1998, que modifica la Orden de 31 de mayo de 1996 sobrefomento de la generación de energía eléctrica por medio de energías alternativas.BOLR de 28-5-1998

Murcia

Ley 10/2006, de 21 de diciembre, de energías renovables y ahorro y eficienciaenergética de la Región de Murcia. BOE 111, de 9-5-2007


Energía solar y eólica / Energía Solar / Módulo II. Energía solar fotovoltaica


Central fotovoltaica


Pasos administrativos en instalaciones solares


Ventajas e inconvenientes de energ solar fotovoltaica


Energ solar fotovoltaica


Instalación de seguimiento


Instalación fija


Pérdidas de modulo fotovoltáico



Energía solar y eólica / Energía Solar / Módulo II. Energía solar fotovoltaica

Resumen


Juego: Paulino el marino


Autoevaluación

Pregunta 1:La potencia pico es la potencia eléctrica mínima que puede suministrar un

elemento fotovoltaico bajo condiciones estándares de medida.• Verdadero• Falso


Pregunta 2:Los colectores fotovoltaicos son siempre monocristalinos.



Pregunta 3:El material clave de la mayor parte de la tecnología fotovoltaica es el silicio.



Pregunta 4:Los módulos son muy delicados y poco resistentes al agua.




Pregunta 5:Las instalaciones fotovoltaicas deben tener un plan de vigilancia y un plan de

mantenimiento preventivo.• Verdadero• Falso


Pregunta 6:La instalación fotovoltaica debe disponer de un libro de mantenimiento.



Pregunta 7:El libro de mantenimiento debe reflejar todas las actuaciones preventivas y

correctivas.• Verdadero• Falso


Pregunta 8:Las características de los paneles fotovoltaicos hacen que sean idóneos para

lugares cercanos de las redes y las infraestructuras eléctricas.• Verdadero• Falso


Pregunta 9:China viene destacando en los últimos años en la fabricación de célulasfotovoltaicas frente a países que habían liderado este ámbito como Alemania yJapón.




Pregunta 10:La energía solar fotovoltaica ha tenido un crecimiento muy inferior a la mayor

parte de las energías renovables.• Verdadero• Falso


Ejercicio. Conceptos de energía fotovoltaica




Evaluación Módulos I y II. Energía solar




Módulo III. Energía solar térmica


1. introducción y conceptos generales

Se considera energía solar térmica de baja temperatura un sistema que aprovecha laenergía de los rayos solares para emplearla en forma de calor, y se puede utilizar deforma directa (por ejemplo, para calentar una piscina) o indirecta, como en un sistemacalefactor.

España, por su privilegiada situación y su climatología, se ve particularmente favorecidarespecto al resto de los países de Europa, ya que sobre cada metro cuadrado de susuelo inciden al año unos 1.500 kilovatios-hora de energía, cifra similar a la de muchasregiones de América Central y del Sur. Esta energía puede aprovecharse directamente,o bien convertirla en otras formas útiles como, por ejemplo, electricidad.

Los primeros colectores planos comercializadosresponden a una patente en Estados Unidos del año1891.


U.D.2. Sistemas de captación solar

1. sistemas de captación solar

El Sol calienta un captador o colector solar que transmite la energía a un fluidoaprovechado directamente o que, a su vez, termina en un depósito de almacenamiento


para su uso posterior. Dependiendo de la temperatura que puede llegar a tener lasuperficie captadora, distinguimos entre técnicas de baja temperatura y técnicas demedia y alta temperatura.

1.1. Baja temperatura

Esta técnica se basa normalmente en la utilización de colectores planos que nopresentan ningún tipo de potencial de concentración, de forma que la energíacaptada por la superficie externa del colector y la captada por la superficie interior sonprácticamente las mismas. Es habitual encontrar estos colectores en los tejados dealgunas viviendas como parte del sistema de calefacción. Un colector común consta decubierta exterior, placa absorbente, aislamiento y caja exterior.

Cuando estos sistemas se aplican para agua caliente con fines sanitarios pueden serde circuito abierto y de circuito cerrado. En el circuito abierto el agua para consumofluye directamente por los colectores solares, lo cual produce menos problemas deobstrucción debido a fenómenos de congelación en climas fríos o a causa de las salesque contiene el agua.

Quizá los sistemas de agua caliente más extendidos en la actualidad son los equiposdomésticos compactos, compuestos normalmente por un depósito de entre 100 y 200litros de capacidad y colectores con un tamaño, que hoy día ronda entre los 2m-2.5m.Para una familia de 4 ó 5 miembros resultan suficientes dos colectores. Los elementosfundamentales de un sistema de energía solar térmica de baja temperatura son:

[Animación Flash]

Estos dispositivos pueden llegar a cubrir prácticamente la totalidad de las necesidadesdomésticas de agua caliente, dependiendo del uso y de la radiación, y evitan unaimportante emisión de gases contaminantes a la atmósfera. Algunas estimaciones determinan que en un año medio se recupera la energía invertida en la fabricación deldispositivo solar, que alcanza una vida media de unos 30 años con un mantenimientomínimo y en función de factores como las condiciones climáticas y la calidad del agua.

Es importante destacar la capacidad de los colectores planos de captar tanto laradiación directa como la difusa, de forma que, si el sistema se encuentra biendimensionado, el aprovechamiento puede darse en condiciones adecuadas tanto endías soleados como en días medio nublados, siempre que la irradiación total no estépor debajo de ciertos límites.


Las familias que disfruten de baños matutinos deberán disponer de una reserva deagua caliente debido a la ausencia de insolación durante las horas previas. Estamedida preventiva es muy útil también porque en días muy nublados se puede dar unabajada importante de la irradiación solar.

En algunas de estas aplicaciones domésticas se dispone también de una resistenciade apoyo, que se pone en funcionamiento en los casos en los que el sistema no puedealcanzar una temperatura de uso normal (unos 40 ºC). Como veremos, hay equiposque emplean gas como combustible de apoyo a este sistema solar.

También existen colectores de vacío, los cuales tienen un rendimiento superior a losconvencionales ya que están caracterizados por el uso de materiales más apropiados.El cerrado hermético de la caja tiene lugar después de hacer el vacío en su interior,por lo que actúa como un aislante térmico y así se reducen al mínimo las pérdidasenergéticas. Estos dispositivos permiten alcanzar temperaturas más elevadas quepueden rondar los 110 ºC y constan de los elementos que se presentan en la siguienteanimación.

[Animación Flash]

1.2. Media y alta temperatura o energíatermoeléctrica

Además de aplicaciones relacionadas con la producción de agua caliente con finesdomésticos sanitarios, la tecnología solar actual permite usar esta energía conotros fines como los industriales o aire acondicionado. Para estos y muchos otrosusos es necesario obtener fluidos con temperaturas bastante elevadas para queresulten eficaces. Es posible emplear colectores planos para un calentamiento inicialy posteriormente tratar el fluido con medios convencionales de calentamiento. Otraopción es usar colectores de concentración, que son equipos capaces de reflejar yconcentrar la energía solar incidente sobre una zona receptora pequeña.

A causa de esta concentración, la intensidad de la energía solar aumenta y latemperatura del receptor puede llegar a varios cientos o miles de grados Celsius. En laactualidad hay una gran variedad de sistemas solares de concentración, y todos tienenen común la necesidad de orientación para seguir al Sol: los dispositivos empleadospara ello se denominan helióstatos. Los sistemas de concentración se componenbásicamente de los siguientes elementos, similares a los de los colectores planos:


• Superficie reflectora: Consiste en una lámina reflectora que debe tener unareflectividad superior al 95%.

• Superficie absorbente: Suelen ser placas pintadas de negro o recubiertasde una lámina de material selectivo. También pueden ser cilíndricas enfunción de la forma de la superficie reflectora.

• Cubierta protectora: Su objeto es proteger la superficie absorbente.• Sistema de orientación: Se trata de un ordenador, un detector de posición

solar y un motor que mueve el ángulo de inclinación del eje para obtener unaorientación adecuada al Sol.

Colectores de concentración lineal de un eje

Estos dispositivos consisten en un tubo por el que pasa el fluido que hay que calentar.El tubo se coloca paralelo a una superficie reflectante que presenta un perfil parabólico.En el eje focal del perfil se encuentra ensamblado el tubo, de forma que la luz reflejadapor el espejo se concentra en el tubo. El conjunto de todo el sistema puede llegar atener una longitud superior a los cien metros.

El conducto debe estar compuesto por un material muy selectivo que puede ser negroníquel, y óxido de cobre sobre aluminio o sobre níquel, entre otros, de forma que laabsorción del calor sea lo mayor posible. La superficie que refleja la radiación del Solpuede ser de espejos de vidrio o también de metal pulido como el aluminio.

Si queremos conseguir un rendimiento óptimo, será necesario que la perpendicular dela superficie parabólica apunte en dirección al Sol, y en este punto cobra importancia elsistema de orientación explicado anteriormente.

La concentración de energía conseguida con loscolectores de concentración lineal de un eje puedealcanzar temperaturas de hasta 350 ºC.

Una de las ventajas de este sistema es que las elevadas temperaturas conseguidaspermiten usar el fluido calentado para calefacciones o también para turbinas dereducido tamaño, y además su simplicidad mecánica reduce los posibles fallos. Porotro lado, uno de los principales problemas que presentan estos dispositivos es sulimitación para producir fuerzas mecánicas importantes. El líquido debe recorrer unalarga distancia y esto hace bajar su temperatura, por lo que el rendimiento no estotalmente óptimo.


Hornos solares de torre central

Cuando es necesario obtener temperaturas más elevadas, podemos optar por loshornos solares de torre central, que permiten transformar la energía del Sol enmecánica y se alcanzan temperaturas de hasta 4.000 ºC.

[Animación Flash]

Australia proyectó en el año 2005 la instalación deun horno solar de torre de un kilómetro de altura,con un campo colector de 5 km de diámetro y conun potencial de generar 200 MW para abastecer deelectricidad a más de 200.000 viviendas.

Los hornos solares pueden funcionar de tres formas diferentes. Uno de los modosmás extendido consiste en calentar el agua a temperaturas muy elevadas hasta queentra en ebullición, y posteriormente se procede igual que en una caldera convencionalde vapor. Otro tipo usa sales minerales de sodio y potasio fundidas a baja presión,de forma que la estructura puede ser más liviana al trabajar a bajas presiones,pero se incrementa el riesgo por la manipulación de las sales. El último modo defuncionamiento consiste en calentar a altas temperaturas aire que posteriormente seusa para mover una turbina de gas. El rendimiento de este sistema es muy elevado,pero puede presentar problemas relacionados con las oscilaciones importantes detemperatura.

Estos dispositivos solares proporcionan potencias muy elevadas de varios megavatios,y se emplean en muchos casos para aplicaciones industriales a mayor escala que lasdescritas hasta ahora: son los sistemas de aprovechamiento por concentración quemayor rendimiento proporcionan en cuanto a conversión en energía eléctrica. Resultanespecialmente rentables los diseñados a gran escala, ya que el elevado coste delsistema de control se diluye entre los beneficios obtenidos para un mayor número demegavatios.

Por otro lado, este sistema presenta un rendimiento inferior a los fotovoltaicos. Laprecisión necesaria en el sistema de orientación de los helióstatos y su delicadezahacen que su fiabilidad resulte limitada y muy importantes los riesgos de fallo.

El horno situado en Odeillo, Francia, tiene 9.600reflectores, ocupa una superficie de 1.900 m2 y


puede alcanzar temperaturas superiores a los 3.000ºC.

U.D.3. Componentes de las instalaciones solares térmicas

1. características generales de lasinstalaciones

Las instalaciones se componen de un circuito primario y otro secundarioindependientes. Se añade un producto químico anticongelante para evitar cualquier tipode mezcla de los distintos fluidos. En el circuito primario puede utilizarse agua de la red,agua desmineralizada o agua con aditivos.

Los criterios para el empleo de un fluido son:

• Características climatológicas del lugar de instalación.• Calidad del agua.• Especificaciones del fabricante de los captadores.• Composición del fluido.• Calor específico del fluido.

Características del fluido de trabajo:

• Un pH a 20 ºC entre 5 y 9.• Contenido inferior a 500 mg/l totales de sales solubles en el circuito primario.• Conductividad inferior a 650 µS/cm.• Contenido en sales de calcio inferior a 200 mg/l expresados como contenido

en carbonato cálcico.• Límite de dióxido de carbono libre contenido en el agua inferior a 50 mg/l.• Fuera de estos valores, el agua deberá ser tratada.

En instalaciones que cuenten con más de diez metros de captación para un solocircuito primario, será de circulación forzada. Si la instalación debe permitir que el aguaalcance una temperatura de 60 ºC, no se admitirán componentes de acero galvanizado.Además, las instalaciones deben cumplir lo fijado en la reglamentación vigente y en lasnormas específicas.


2. protección de las instalaciones

Es necesario proteger las instalaciones:

• De las bajas temperaturas.• Contra sobrecalentamientos.• Contra quemaduras.• Contra altas temperaturas.• De resistencia a presión.• De flujo inverso.

2.1. De las bajas temperaturas

El anticongelante sirve para proteger contra las heladas, ya que las partes del sistemaexpuestas al exterior deben soportar bajas temperaturas. En el sistema está fijada latemperatura mínima permitida para no sufrir daños. Estos productos químicos debenser no tóxicos; y su calor específico, superior a 3 kJ/kg K. Además, mantendrá todassus propiedades físicas y químicas de diseño dentro de los intervalos mínimo y máximode temperatura permitida por todos los componentes y materiales de la instalación.

2.2. Contra sobrecalentamientos

Los sobrecalentamientos pueden dañar los materiales o equipos y, por tanto, disminuirla eficacia del suministro de energía. Para prevenir el sobrecalentamiento, lasinstalaciones deben disponer de dispositivos de control manuales o automáticos ytambién se tomarán medidas especiales cuando las instalaciones se usen de maneraestacional, ya que el sobrecalentamiento se puede dar por no usar la instalación.

Cuando las aguas sean duras, es decir, con unaconcentración en sales de calcio entre 100 y 200mg/l, se realizarán las previsiones necesarias paraque la temperatura de trabajo de cualquier punto delcircuito de consumo no sea superior a 60 ºC.


2.3. Contra quemaduras

En ocasiones el agua de consumo puede exceder los 60 ºC. Por ello, debe haber unmecanismo que limite la temperatura (por ejemplo, mediante un sistema automáticode mezcla). Además, hay que poner especial cuidado en aguas duras (concentraciónen sales de calcio entre 100 y 200 mg/l) ya que un exceso de temperatura puede serperjudicial para el circuito.

2.4. Contra altas temperaturas

El sistema deberá diseñarse para que todos los materiales y componentes nuncaexcedan la máxima temperatura permitida.

2.5. De resistencia a presión

La presión máxima de un circuito de consumo está regulada por la normativa nacionaly europea. Por tanto, se deben realizar pruebas para determinar que los componentessoporten dicha presión. Esta prueba consiste en someter los circuitos, al menosdurante una hora, a una presión 1,5 veces el valor de la presión máxima de serviciocomprobando que no se producen daños ni fugas.

2.6. De flujo inverso

El flujo inverso se potencia cuando el acumulador se encuentra por debajo delcaptador. Para evitar este flujo se recomienda utilizar válvulas antirretorno porque conel flujo inverso pueden producirse grandes pérdidas energéticas.

3. componentes y diseño

Para realizar el dimensionado básico de la instalación, primero hay que comprobarsi en algún mes del año se prevé que la energía supera la demanda y produce unsobrecalentamiento, ya que en este caso se deberán tomar las medidas de protecciónadecuadas. Además es recomendable medir el consumo antes del cálculo y eldimensionado de la instalación, teniendo en cuenta que el rendimiento del captador seaigual o superior al 40%; y el rendimiento medio, mayor que el 20%. Los componentesson los siguientes:


3.1. Sistema de captación

Una de las características de los captadores solares que se debe tener en cuenta esel material, que nunca puede ser hierro. Por ejemplo, si es absorbente de aluminio,obligatoriamente se utilizarán fluidos de trabajo con un tratamiento inhibidor de losiones de cobre y de hierro. Habrá que llevar un orificio de ventilación, mayor de 4 mmde diámetro, situado en la parte inferior para eliminar las acumulaciones de agua enel captador, además de una placa en lugar visible e indeleble en la que consten lossiguientes datos:

• Nombre y domicilio de la empresa fabricante y eventualmente su anagrama.• Modelo, tipo y año de producción.• Número de serie de fabricación.• Área total del captador.• Peso del captador vacío, capacidad de líquido.• Presión máxima de servicio.

Además, los captadores deberán poseer la certificación emitida por el organismocompetente, la cual se rige según lo regulado en el Real Decreto 891/1980, de 14 deabril, sobre homologación de los captadores solares, y en la Orden de 28 de julio de1980 por la que se aprueban las normas y las instrucciones técnicas complementariaspara la homologación de los captadores solares.

Algunas recomendaciones para los captadores son disponer de modelos igualesde todos los captadores que integren la instalación. Es necesario tener en cuentael coeficiente global de pérdidas referido a la curva de rendimiento en función dela temperatura ambiente y la temperatura de entrada, menor de 10 Wm/ºC, segúnlos coeficientes definidos en la normativa en vigor. En las instalaciones destinadasexclusivamente a la producción de agua caliente sanitaria hay que disponer loscaptadores en filas, constituidas preferentemente por el mismo número de elementos.

3.2. Conexionado

Se debe prestar especial atención a la estanqueidad y durabilidad de las conexionesdel captador, y los captadores se dispondrán en filas, conectados en paralelo, en serieo en serie-paralelo. Dentro de cada fila se conectarán sólo en serie o en paralelo.Además, se instalarán válvulas de cierre en la entrada y la salida de las distintasbaterías de captadores y entre las bombas, de manera que puedan utilizarse paraaislamiento de estos componentes en labores de mantenimiento, sustitución, etc.Adicionalmente, se instalará una válvula de seguridad por fila con el fin de proteger


la instalación, y no se conectarán más de tres captadores en serie que se empleanúnicamente en agua caliente sanitaria.

3.3. Estructura soporte

Se aplicarán a la estructura soporte las exigencias del Código Técnico de la Edificaciónen cuanto a seguridad, y es importante que no se transfieran cargas que puedan dañarlos captadores o el circuito hidráulico. Para ello se diseñarán y construirán la estructuray el sistema de fijación para que permitan las oportunas dilataciones térmicas. Lostopes de sujeción de captadores y la propia estructura no arrojarán sombra sobre loscaptadores.

3.4. Sistema de acumulación solar

• Cuando el intercambiador esté incorporado al acumulador, la placa deidentificación indicará, además, la superficie de intercambio térmico en m² yla presión máxima de trabajo del circuito primario.

• Deberá estar equipado de los necesarios manguitos de acoplamiento parafunciones como entrada de agua fría y salida de agua caliente, para elvaciado o para la entrada y la salida del fluido primario.

• Los depósitos mayores de 750 litros dispondrán de una boca de hombrecon un diámetro mínimo de 400 mm, situada en uno de los laterales delacumulador y cerca del suelo. Todo ello para permitir la entrada de unapersona en el interior del depósito.

• Deberá estar recubierto de material aislante y disponer de una protecciónen chapa pintada al horno o una lámina de material plástico. Además, sedispondrán en sitios que permitan su sustitución.

Los diferentes tipos de acumuladores pueden ser de acero vitrificado con proteccióncatódica, de acero con un tratamiento que asegure la resistencia a temperatura ycorrosión con un sistema de protección catódica, de acero inoxidable adecuado altipo de agua y la temperatura de trabajo, de cobre, no metálicos que soporten latemperatura máxima del circuito y esté autorizada su utilización por las compañías desuministro de agua potable, y de acero negro. Estos acumuladores se diseñarán enfunción de la energía diaria y no de la potencia del generador (captadores solares). Portanto, se debe prever una acumulación acorde a la demanda al no ser ésta simultáneaa la generación.


Para la aplicación, el área total de los captadorestendrá un valor tal que se cumpla la condición 50< V/A < 180, siendo A la suma de las áreas de loscaptadores [m²] y V el volumen del depósito deacumulación solar [litros].

Las características del diseño de los depósitos tendrán en cuenta su configuraciónvertical y su ubicación en zonas interiores. Si tienen una capacidad de más de 2 m3,deben llevar válvulas de corte u otros sistemas para cortar flujos al exterior del depósitoen caso de daños del sistema. No se podrá usar ningún depósito de acumulacióncuando las instalaciones sean de climatización de piscinas exclusivamente. Para laprevención de la legionelosis se debe alcanzar los niveles térmicos necesarios según lanormativa y ubicar un termómetro cuya lectura sea fácilmente visible por el usuario.

3.5. Conexiones

Las características de la conexiones son: que la conexión de entrada de aguacaliente procedente del intercambiador o de los captadores se realizará a una alturacomprendida entre el 50% y el 75% de la altura total; las conexiones de entrada ysalida se situarán de forma que se eviten caminos preferentes de circulación delfluido; la conexión de salida de agua fría del acumulador hacia el intercambiador o loscaptadores se realizará por la parte inferior de éste; la conexión de retorno de consumoal acumulador y el agua fría de red se realizarán por la parte inferior; la extracción deagua caliente del acumulador se realizará por la parte superior; la conexión de losacumuladores permitirá la desconexión individual sin interrumpir el funcionamientode la instalación. No se permite la conexión de un sistema de generación auxiliar enel acumulador solar. Cabe destacar que se pueden colocar los depósitos de manerahorizontal en casos debidamente justificados en los que sea necesario, pero las tomasde agua caliente y fría estarán situadas en extremos diagonalmente opuestos.

3.6. Sistema de intercambio

Hay dos tipos de intercambiadores: independiente e incorporado al acumulador.En el primero se tiene que cumplir que la potencia mínima del intercambiador (W)sea mayor o igual a 500 por el área de los captadores (metros cuadrados), y parael segundo la relación entre la superficie útil de intercambio y la superficie total decaptación no será inferior a 0,15. En cada una de las tuberías de entrada y salida de


agua del intercambiador de calor se instalará una válvula de cierre próxima al manguitocorrespondiente.

3.7. Circuito hidráulico

Para el diseño del circuito hidráulico hay que tener en cuenta que el caudal de diseñodel fluido portador tiene que ajustarse a las especificaciones del fabricante o estarcomprendido entre 1,2 l/s y 2 l/s por cada 100 m² de red de captadores. Cuando estánen serie hay que dividir el resultado entre el número de captadores.

3.8. Tuberías

Algunas de las características de las tuberías son que estarán construidas con cobrey acero inoxidable; las uniones serán roscadas, soldadas o embridadas; dispondránde una protección exterior con pintura anticorrosiva; el diseño y los materiales debenimpedir la formación de obturaciones o depósitos de cal para unas determinadascondiciones de trabajo; su longitud debe ser corta y evitar los codos; prevenir laspérdidas de carga en general; las tuberías horizontales deben tener como mínimoun 1% de pendiente; disponer de protección externa (revestimientos con pinturasasfálticas, poliésteres reforzados con fibra de vidrio o pinturas acrílicas) contra lascondiciones climáticas; finalmente, el aislamiento no dejará zonas visibles de tuberías oaccesorios (excepto los necesarios para su óptimo funcionamiento).

3.9. Bombas

Algunas de las características de las bombas de circulación son que los materialesde la bomba del circuito primario serán compatibles con el fluido de trabajo utilizado;permitir efectuar de forma simple la operación de desaireación o purga; y si el circuitode captadores está dotado con una bomba de circulación, la caída de presión sedebería mantener aceptablemente baja en todo el circuito.


3.10. Vasos de expansión

Se conectan en la aspiración de la bomba, a una altura que garantice que no sedesbordará el fluido y no se introducirá aire en el circuito.

3.11. Purga de aire

Sirve para que no quede aire acumulado. Estos sistemas pueden ser manuales oautomáticos, y se colocan en los puntos altos de la salida de baterías de captadores yen donde quede aire acumulado.

3.12. Sistema de energía convencional auxiliar

Un sistema auxiliar se instala para cubrir el abastecimiento de la demanda térmicacuando no se dispone de sistema solar. Están prohibidos los sistemas de energíaconvencional auxiliar en el circuito primario de captadores.


3.13. Sistema de control

El diseño del sistema de control atenderá el conveniente y eficaz funcionamiento de lasinstalaciones, con la finalidad de conseguir un óptimo aprovechamiento de la energíasolar. Además, controlará los circuitos y los sistemas de protección y seguridad contrasobrecalentamientos, heladas, etc. En las instalaciones mayores de 20 metros sedispondrá de un sistema de medida que indique las siguientes variables:

• Temperatura de entrada agua fría de red.• Temperatura de salida acumulador solar.• Caudal de agua fría de red.

En el mercado se encuentran sistemas solaresprefabricados, bajo un solo nombre comercial, quese venden como equipos completos y listos parainstalar.

En resumen, una instalación solar térmica para agua caliente se compone de:


• Sistema de captación o captadores solares, encargado de transformar laradiación solar incidente en energía térmica porque calienta el fluido detrabajo que circula por ellos.

• Sistema de acumulación constituido por uno o varios depósitos quealmacenan el agua caliente hasta que se precisa su uso.

• Circuito hidráulico constituido por tuberías, bombas, válvulas, etc., que seencarga de establecer el movimiento del fluido caliente hasta el sistema deacumulación.

• Sistema de intercambio que realiza la transferencia de energía térmicacaptada desde el circuito de captadores, o circuito primario, al agua calienteque se consume.

• Sistema de regulación y control que se encarga de asegurar el correctofuncionamiento del equipo y de protección frente a la acción de múltiplesfactores como sobrecalentamientos del sistema, riesgos de congelaciones,etc.

• Equipo de energía convencional auxiliar, que se utiliza como complemento ycubre de este modo la demanda prevista en caso de escasa radiación solar.

U.D.4. Evaluación del impacto medioambiental de la energíasolar térmica

1. introducción

La energía solar térmica, junto con la fotovoltáica, se considera la fuente renovablemás limpia. Produce mínimas emisiones, ruidos o vibraciones, y su impacto visual,sobre todo en los ámbitos doméstico o industrial, es muy reducido. Además, el caráctermodular del campo de helióstatos, en el caso de grandes centrales solares térmicas,permite adaptarse a la morfología de las áreas donde se vayan a disponer. Por otrolado, al producir energía cerca de los lugares de consumo o redes de distribución, seevitan pérdidas causadas por el transporte. Independientemente de esta situaciónambiental favorable, hay que tener en cuenta su impacto. Esta unidad didácticapretende identificar y determinar su importancia ambiental.

El creciente desarrollo de la energía solar térmica ha potenciado el estudio y lainvestigación de los impactos ambientales, que varían en función de la ubicación yel tamaño de la explotación. Por ello resulta difícil generalizar sobre los principalesimpactos. En primer lugar hay que distinguir entre las pequeñas instalacionesdomésticas de energía solar térmica, que normalmente sirven para abastecer de aguacaliente a la vivienda, y por otro las grandes instalaciones de energía solar térmica de


alta temperatura de concentración, como es el caso de las centrales solares u otrasinstalaciones que requieren un despliegue importante de paneles solares o helióstatos.

En el caso de pequeñas instalaciones de paneles solares térmicos domésticos, oincluso en la mayoría de los casos para uso industrial, los impactos ambientales sonmínimos y se centran principalmente en el proceso de fabricación de los paneles. Estetipo de impactos ambientales serán analizados con posterioridad.

En relación con las grandes instalaciones solares térmicas como colectores deconcentración (huertos solares) y centrales solares, es necesario contemplar lanecesidad de evaluar el impacto ambiental de la instalación, ya que el procedimientode esa evaluación está regulado en los ámbitos estatal y autonómico. La normativaestablece claramente las actividades que requieren someterse a dicho procedimientoasí como el contenido que debe presentar el estudio de impacto ambiental. Lalegislación básica estatal no considera las instalaciones solares térmicas comosupuestos sometidos a este procedimiento, pero habrá que tener en cuentala normativa autonómica y en algunos casos solicitar aclaración explicita a laAdministración autonómica.

2. aspectos ambientales

Independientemente de la necesidad de elaborar un estudio de impacto ambiental,hay que valorar algunos aspectos ambientales antes de poner en marcha cualquiertipo de instalación solar térmica de concentración de gran envergadura. Centrándonos,por tanto, en grandes instalaciones de helióstatos o paneles solares que ocupanextensiones importantes de terreno, deberemos prestar especial atención a lossiguientes aspectos ambientales:

[Animación Flash]

3. impactos ambientales de un proyectosolar térmico

Una vez analizados los principales aspectos ambientales antes de poner en marchauna instalación solar térmica de envergadura, de forma genérica es necesario tener encuenta los siguientes desde la concepción y el diseño hasta el final de su vida útil.


3.1. Fabricación de helióstatos y paneles solares

En primer lugar es importante diferenciar entre helióstato y panel solar. El primero esun conjunto de espejos situado sobre unos ejes que le permiten orientarse, para que elreflejo de los rayos solares que inciden sobre él se fijen en todo momento en un punto.En cambio, los paneles solares tienen la función de absorber el calor para calentar unconducto en contacto o próximo al panel. Tanto las funciones como los materiales sondiferentes. A continuación se presentan de forma general los impactos ambientales desu fabricación.

En el caso de las instalaciones térmicas domésticas, y en la mayoría de las industriales,el mayor impacto ambiental se produce durante la fabricación de los panelessolares. Los siguientes apartados, correspondientes a los impactos causados en suacondicionamiento, montaje y construcción, mantenimiento y funcionamiento, sólohacen referencia a grandes centrales solares y no a proyectos domésticos de escasarelevancia ambiental. La mayor parte de las fábricas que producen paneles solarestérmicos también fabrican paneles fotovoltaicos y comparten en muchos casos losimpactos ambientales aunque sean líneas productivas diferentes.

No resultan relevantes ni la cantidad consumida ni la toxicidad de las materias primasempleadas para la fabricación de paneles o helióstatos. Algunas de ellas son: cobrey níquel sobre todo para conductos; aluminio y plásticos como elementos protectores;vidrio, plata y aluminio como reflectores; poliuretano, polietileno y fibra de vidrio comoaislantes; así como materiales para la fabricación de circuitos y depósitos hidráulicos.

También hay que tener en cuenta que en las grandes centrales solares, aparte delos helióstatos, puede haber instalaciones como el horno solar, condensadores,generadores, transformadores, etc. que requieren diseño y fabricación y, por tanto,generan un impacto ambiental en las empresas que se encarguen de su diseño yproducción.

Por un lado, la fabricación de paneles puede dar lugar a emisiones derivadas delconsumo de combustibles fósiles y, por otro, en toda la vida útil de una instalación solartérmica sólo se debería producir consumo de agua en la fase de fabricación de células,lo que se considera un impacto ambiental mínimo.

Una vez finalizada la vida útil de los paneles y loshelióstatos, deben reciclarse convenientemente yaque su combustión podría producir gases tóxicosmuy contaminantes.


3.2. Acondicionamiento previo al montaje yconstrucción

Un aspecto fundamental del montaje de una central solar térmica es la elección idóneadel entorno donde se ubicarán los diferentes equipos, componentes, instalaciones, víasde acceso y líneas auxiliares, tanto desde los puntos de vista operativo y productivocomo ambiental. Se deberá tener en cuenta el impacto visual, por ejemplo de grandescampos de helióstatos o gigantescos hornos solares con torres de cientos de metrosde altura. Los objetivos son estudiar la forma de integrar las instalaciones en el entornosegún criterios paisajísticos, así como situarlos en zonas alejadas de poblaciones ocarreteras. Esta integración considerará el desarrollo de pantallas naturales y setos queminimicen el impacto e impidan una visión incómoda de la instalación.

3.3. Montaje y construcción

La instalación de todo el aparataje eléctrico (conducciones, cableado, equipos einstalaciones), el montaje de los helióstatos y la construcción de vías de acceso sonlas actividades que mayores impactos ambientales pueden causar, pero se reducenconsiderablemente en caso de aplicar unos criterios ambientales mínimos. Losimpactos se producen principalmente por el acondicionamiento y la nivelación delsuelo, según los requisitos de la propia instalación, que pueden dar lugar a procesoserosivos de cierta relevancia, por lo que la siembra de cultivos de laboreo superficial esuna posible solución. En este punto se deberá valorar el soterramiento de gran partedel cableado así como de los impactos de las diferentes alternativas.

Hay que intentar que los componentes y lasinstalaciones se integren en el entorno como, porejemplo, con un color adecuado.

3.4. Mantenimiento y funcionamiento

En condiciones normales no se generan importantes impactos además de los visualesderivados de la propia existencia de la central solar térmica. En todo caso, no serádesdeñable aplicar buenas prácticas de mantenimiento que tengan en cuenta posiblessituaciones anómalas o de emergencia que puedan causar derrames o vertidos


de productos nocivos. Además, en caso de que el terreno haya sido sembrado, losresiduos orgánicos vegetales se deberán gestionar según criterios ambientales.

Durante el mantenimiento y el funcionamiento, habrá que tener en cuenta aspectosmecánicos y eléctricos debido a la gran diversidad de instalaciones que han de estarperfectamente coordinadas y controladas: condensadores, ordenadores, elementosde orientación, generadores, conducción de fluidos térmicos, líneas eléctricas detransporte, transformadores, etc.

3.5. Impacto ambiental positivo

Todo análisis ambiental de una instalación u obra de cierta envergadura debecontemplar los impactos negativos, pero también los positivos. La solar destacapor derecho propio como la energía renovable de menor impacto ambiental, tantopor sus reducidas emisiones como mínimos residuos, ruido y otras huellas. Sudesarrollo también debe conllevar el retroceso de las energías convencionales máscontaminantes como la nuclear o la térmica.

Teniendo en cuenta que este tipo de producción eléctrica no genera emisiones deCO2 y que, según los datos que presenta el Plan de Energías Renovables (PER),cada kWh originado por la combustión de carbón da lugar a unas emisiones de 977g de CO2, y de 394 g si es producido con gas natural en ciclos combinados, quedanen evidencia las bondades ambientales de la energía solar térmica. Teniendo encuenta los diferentes sectores energéticos presentes en nuestro país, el kWh generadoproduce por término medio unas emisiones de 400 g de CO2.


U.D.5. Presente y perspectivas de futuro de esta energía

1. situación actual y evolución

1.1. Energía solar térmica en Europa

La situación de la energía solar térmica instalada en Europa viene marcada por lasupremacía y liderazgo de Alemania, seguida de lejos por países como Grecia, Austria,Francia, España, Holanda e Italia.

1.2. Energía solar térmica en España

La evolución de la energía solar térmica viene marcada en gran parte por el Plan deEnergías Renovables (PER) 2005-2010, que establece para el año 2010 el objetivo deincrementar 4.200.000 m2 respecto a 2005. La energía acumulada en este periodo decinco años será de 809.000 toneladas equivalentes de petróleo. Desde los puntos devista social y medioambiental, durante el periodo del PER se prevé:

• Inversión de 2.685 millones de euros.• Creación de alrededor de 4.500 empleos.• Disminución de un millón de tCO2 a partir de 2010.

Un hito importante en la evolución de esta energía en nuestro país fue la publicacióndel Real Decreto 314/2006, que estableció la obligatoriedad de instalar energía solartérmica en los edificios nuevos o durante su rehabilitación con una demanda de ACS opiscina. Este Real Decreto entró en vigor el 29 de septiembre de 2006 y se prevé quedé lugar a una producción de energía de 132.000 toneladas equivalentes de petróleo,lo que supondría una reducción en la emisión de CO2 a la atmósfera de 490.000toneladas.

1.3. Energía solar termoeléctrica en España

Al igual que la energía térmica, la evolución de la solar termoeléctrica viene marcadaen gran parte por el Plan de Energías Renovables (PER) 2005-2010, que establecepara el año 2010 el objetivo de incrementar 500 MW respecto a 2005. Se estima que la


energía acumulada en estos cinco años será de 2.882 GWh. Desde los ámbitos social ymedioambiental, destacan las siguientes cifras:

• Inversión de 2.163 millones de euros.• Creación de alrededor de 11.600 empleos.• Disminución de 483.000 tCO2 a partir de 2010.

La legislación que regula este tipo de energía es el Real Decreto de Régimen Especial661/2007, de 25 de mayo. Uno de sus aspectos medioambientales positivos es laposibilidad de hibridación con otros combustibles como, por ejemplo, biomasa decultivos energéticos, estiércoles o biogás.

España vive hoy en día un punto de inflexión en cuanto a la energía solartermoeléctrica, ya que en los dos últimos años se han puesto en marcha variascentrales de este tipo de energía (no llegan a la decena), y hay proyectadas y enconstrucción un gran número de ellas, además de muchas otras que están anunciadasy en trámites de conseguir las autorizaciones pertinentes. La capacidad de la mayoríade estas centrales rondan entre los 150 y los 50 MW, aunque ya hay anunciada algunaque alcanza los 200 MW.

U.D.6. Ventajas e inconvenientes

1. ventajas e inconvenientes

[Animación Flash]


normas

UNE-EN 12975-1:2001 “Sistemas solares térmicos y componentes—Captadoressolares — Parte 1: Requisitos generales”.

UNE-EN 12975-2:2002 “Sistemas solares térmicos y componentes—Captadoressolares — Parte 2: Métodos de ensayo”.

UNE-EN 12976-1:2001 “Sistemas solares térmicos y componentes—Sistemas solaresprefabricados—Parte 1: Requisitos generales”.


UNE-EN 12976-2:2001 “Sistemas solares térmicos y componentes— Sistemas solaresprefabricados —Parte 2: Métodos de ensayo”.

UNE-EN 12977-1:2002 “Sistemas solares térmicos y componentes—Sistemas solaresa medida— Parte1: Requisitos generales”.

UNE-EN 12977-2:2002 “Sistemas solares térmicos y componentes— Sistemas solaresa medida —Parte 2: Métodos de ensayo”.

UNE EN 806-1:2001 “Especificaciones para instalaciones de conducción de aguadestinada al consumo humano en el interior de edificios. Parte 1: Generalidades”.

UNE EN 1717:2001 “Protección contra la contaminación del agua potable en lasinstalaciones de aguas y requisitos generales de los dispositivos para evitar lacontaminación por reflujo”.

UNE EN 60335-1:1997 “Seguridad de los aparatos electrodomésticos y análogos. Parte1: Requisitos generales”.

UNE EN 60335-2-21:2001 “Seguridad de los aparatos electrodomésticos y análogos.Parte 2: Requisitos particulares para los termos eléctricos”.

UNE EN-ISO 9488:2001 “Energía solar. Vocabulario”.

UNE-EN 94 002: 2004 “Instalaciones solares térmicas para producción de agua calientesanitaria: Cálculo de la demanda de energía térmica”.


Resolución 97/C210/01 del Consejo, de 27 de junio de 1997, sobre fuentes renovablesde energía. DOCE 332/C, de 03-11-97.

Libro Blanco sobre Energías Renovables de la Unión Europea.Libro Blanco sobre Energía para el futuro: fuentes de energía renovables.Libro Verde "Hacia una estrategia europea de seguridad del abastecimientoenergético".

Directiva 2001/77/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 27 de septiembre de2001, relativa a la promoción de la electricidad generada a partir de fuentes de energíarenovables en el mercado interior de la electricidad. DOCE 27-10-2001.


Directiva 2002/91/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 16 de diciembre de2002, relativa a la eficiencia energética de los edificios. DOCE de 4.1.2003.


Real Decreto 615/1998, de 17 de abril, por el que se establece un régimen de ayudas yse regula un sistema de gestión en el marco del Plan de Ahorro y Eficiencia Energética.BOE 107, de 0-5-1998.

Real Decreto 891/1980, de 14 de abril, por el que se dictan normas sobrehomologación de prototipos y modelos de paneles solares. BOE 114, de 12-5-1980.

Orden de 28 de julio de 1980, por la que se aprueban normas e instrucciones técnicascomplementarias para la homologación de paneles solares. BOE 198, de 18-8-1980.

Orden Ministerial de 9 de abril de 1981, sobre condiciones técnicas exigibles parala obtención de subvenciones por propietarios de sistemas para agua caliente yclimatización. BOE de 25-4-1981.

Resolución de 26 de febrero de 1988, de la Dirección General de Innovación yTecnología, por el cual se autoriza a la Asociación Española de Normalización yCertificación (AENOR) para asumir las funciones de normalización en el ámbito de laenergía solar. BOE de 29-03-88.

Real Decreto 1751/1998, de 31 de julio que aprueba el Reglamento de InstalacionesTérmicas en los Edificios -RITE- y sus Instrucciones Técnicas Complementarias -ITE-).ITE 10. Instalaciones específicas. BOE de 5-8-1998.

Real Decreto 2223/1998, de 16 de octubre, por el que se establece el certificado deprofesionalidad de la ocupación de instalador de sistemas de energía solar térmica.BOE 269, de 10-11-1998.

Real Decreto 1663/2000, de 29 de septiembre, sobre conexión de instalacionesfotovoltaicas a la red de baja tensión. BOE 235, de 30-09-00.

Resolución de 31 de mayo de 2001, de la Dirección General de Política Energéticay Minas, por la que se establecen modelo de contrato tipo y modelo de factura parainstalaciones solares fotovoltaicas conectadas a la red de baja tensión. BOE 148, de21-6-2001.


Real Decreto 865/2003, de 4 de julio, por el que se establecen los criterios higiénico-sanitarios para la prevención y control de la legionelosis. BOE 171 de 18 de julio de2003. BOE 171 de 18 de julio de 2003.

Real Decreto 1027/2007, de 20 de julio, por el que se aprueba el Reglamento deInstalaciones Térmicas en los Edificios (BOE n. 207 de 29/8/2007).

Real Decreto 47/2007, de 19 de enero, por el que se aprueba el procedimiento básicopara la certificación de eficiencia energética de edificios de nueva construcción (BOE nº27, de 31/01/07).

REAL DECRETO 661/2007, de 25 de mayo, por el que se regula la actividad deproducción de energía eléctrica en régimen especial. BOE de 26 de mayo de 2007.


Andalucía

Ley 2/2007, de 27 de marzo, de fomento de las energías renovables y del ahorro yeficiencia energética de Andalucía. BOJA 70, de 10-4-2007.

Castilla-La Mancha

Ley 1/2007, de 15 de febrero, de fomento de las energías renovables e incentivacióndel ahorro y eficiencia energética en Castilla-la Mancha. BOE 118, de 17-5-2007.

Canarias

Ley 1/2001, de 21 de mayo, sobre construcción de edificios para la utilización deenergía solar. BOE 160, de 05-07-01. BOC 67, de 30-05-01. c.e BOC 74, de 15-06-01.

La Rioja

Orden de 31 de mayo de 1996, sobre fomento de la generación de energía eléctrica pormedio de energías alternativas. BOLR de 27-6-1996.


Orden de 15 de mayo de 1998, que modifica la Orden de 31 de mayo de 1996, sobrefomento de la generación de energía eléctrica por medio de energías alternativas.BOLR de 28-5-1998.

Madrid

Ordenanza municipal del Ayuntamiento de Madrid sobre captación de energía solarpara usos térmicos.

Murcia

Ley 10/2006, de 21 de diciembre, de energías renovables y ahorro y eficienciaenergética de la Región de Murcia. BOE 111, de 9-5-2007.

Resumen


Autoevaluación

Pregunta 1:Dependiendo de la temperatura que puede llegar a tener la superficie captadora,

se distingue entre técnicas de baja temperatura y técnicas de media y altatemperatura.



Pregunta 2:La energía solar térmica de baja temperatura es un sistema que aprovecha la

energía de los rayos solares para utilizarla en forma de electricidad.• Verdadero• Falso



Pregunta 3:Un colector común consta de cubierta exterior y placa absorbente, aislamiento y

caja exterior. • Verdadero• Falso


Pregunta 4:La cubierta exterior normalmente es una placa oscura prácticamente negra.



Pregunta 5:La placa absorbente consiste en una superficie de cristal tan transparente como

sea posible.• Verdadero• Falso


Pregunta 6:Para la estructura soporte se aplican las exigencias del Código Técnico de la

Edificación en cuanto a seguridad.• Verdadero• Falso


Pregunta 7:El mercado ofrece sistemas solares prefabricados como equipos completos y

listos para instalar.• Verdadero• Falso



Pregunta 8:Aunque es una energía renovable, se produce gran cantidad de contaminación

atmosférica, de las aguas y de los suelos.• Verdadero• Falso


Pregunta 9:El Real Decreto 314/2006 establece la obligación de ejecutar una instalación de

energía solar térmica a los edificios nuevos.• Verdadero• Falso


Pregunta 10:Según la legislación, se debe realizar dos tipos de actuaciones: plan de vigilancia

y plan de mantenimiento preventivo.• Verdadero• Falso


Ejercicio. Relación de conceptos de energía térmica



Energía solar y eólica / Energía Solar / Módulo III. Energía solar térmica


Hornos solares de torre central


Energia solar térmica


Aspectos ambientales


Aislamiento térmico lateral


Ventajas y desventajas de energia solar térmica




Módulo IV. Energía eólico solar

U.D.1. Energía eólico-solar

1. introducción

En este apartado vamos a estudiar los sistemas híbridos de energía que aprovechanla energía del Sol y la energía del viento, que se complementan entre sí. Normalmenteen días fríos y ventosos, en muchos casos nublados, no se puede aprovechar lamayor parte de la radiación solar, pero se dan las condiciones ideales para losaerogeneradores. Por otro lado, los días en los que predomina un anticiclón suelenser despejados y con escaso viento, y resultan óptimos para el aprovechamiento de laenergía solar. España presenta condiciones muy adecuadas para el desarrollo de estossistemas mixtos.

El caso expuesto entre días ventosos y nublados y días claros y soleados, también sepuede aplicar a las diferentes épocas del año en nuestro país, de forma que en inviernolos días de viento pueden compensar la falta de luz, y el resto del año la elevadaradiación solar equilibrará la falta de energía eólica.


Es habitual que los sistemas híbridos cuenten con un grupo electrógeno auxiliaralimentado por algún tipo de combustible para impedir variaciones de carga enlos acumuladores en caso de falta de radiación solar o de viento. Este aspectoresulta fundamental en demandas puntuales elevadas, y funciona de forma que elgrupo electrógeno suministra la energía óptima a las baterías hasta llegar a un niveldeterminado, lo cual permite un uso más apropiado de la energía así como el aumentode la longevidad del sistema.

A continuación presentamos una imagen que esquematiza el funcionamiento de unainstalación híbrida, igual al de una instalación fotovoltaica más un aerogeneradorcon su correspondiente regulador para transformar la corriente alterna en continuae inyectarla posteriormente en la red común a la instalación de los panelesfotovoltaicos. Ambos elementos, panel solar y aerogenerador, son perfectamentecompatibles. Es necesario destacar el importante potencial de aporte energético de losaerogeneradores.


La decisión de poner en marcha sistemas híbridos debe evaluarse cuidadosamentedebido a su importante coste inicial. Hay que tener la seguridad de que no convieneoptar únicamente por un tipo de energía. Contactar con empresas profesionales delsector puede suponer una ayuda inestimable, y se aconseja barajar diversas opcionespara valorar en profundidad sus ventajas e inconvenientes. Estas mismas empresas oprofesionales pueden asesorar sobre las ayudas y subvenciones disponibles.

Se ha instalado un sistema híbrido en una casarural situada en el Valle del Baztán (Navarra) quecuenta con paneles fotovoltaicos, un pequeñoaerogenerador y un grupo electrógeno que auxilialos otros sistemas renovables de generación deenergía eléctrica. De esta forma puede atenderlas necesidades eléctricas de los inquilinos y dela producción ganadera. La casa no disponía deenergía eléctrica debido a que se encontrabaaislada de la red.

Estos sistemas híbridos pueden instalarse en centros industriales y domésticos conpequeños aerogeneradores que produzcan entre 400 W y 3 kW. La gran ventajade los equipos domésticos es que la energía se comienza a aprovechar inclusocon bajas velocidades de viento pero los grandes aerogeneradores necesitan unaelevada intensidad. La ubicación de los aerogeneradores, al igual que la inclinacióny la orientación de los paneles solares, es un aspecto fundamental para alcanzarvelocidades mínimas durante la mayor parte de los días del año.

Investigaciones recientes están demostrando la gran eficiencia de los sistemas híbridosfrente a sistemas únicos solares o eólicos, así como su importante complementariedad,lo que reduce considerablemente los periodos de amortización de la instalación.Algunas estimaciones consideran que en la próxima década los sistemas mixtospueden llegar a aportar el 10% de la energía total consumida en nuestro país.

Los sistemas eólico-solares presentan las ventajas propias de las energías renovablessolar y eólica por separado, como por ejemplo nula generación de residuos y emisionesatmosféricas propias de los sistemas energéticos convencionales (petróleo, carbón,etc.), que intervienen en el cambio climático y en el efecto invernadero, y mayoreficiencia y rendimiento. Todo ello se traduce en menor tiempo de amortización,facilidad de instalación y montaje en áreas diversas, así como la posibilidad deaplicación tanto a gran escala como en viviendas particulares.


2. torre solar

Este sistema se basa en obtener energía a partir del aire calentado por el Sol que, trasascender por una chimenea, pasa por unos generadores. Hasta la fecha, el sistemaconsistía en una amplia superficie de terreno cubierta por un plástico transparente y enel centro una chimenea de gran altura llamada columna Venturi, que tiene en su partesuperior un rotor para aprovechar las corrientes de aire que suben por la columna. Portanto, los plásticos producen un efecto invernadero al calentar el aire que se encuentradebajo, y este aire caliente tiende a ascender produciendo un flujo que se conduce porla columna hasta el rotor.

Un nuevo sistema desarrollado recientemente mantiene el efecto chimenea perocon la base compuesta por tres capas: tierra, aislante y cerámica acumuladora. Lainstalación tiene forma cónica, con una torre en su parte superior. En la parte baja dela torre, transparente, se sitúa una turbina interconectada a un alternador. Una serie deconcentradores solares dirigen la radiación solar a la parte transparente y se produceun sobrecalentamiento del aire en el centro de la turbina, que la mueve a modo decombustible.

El primer prototipo de central eólico-solar del mundo fue puesto en marcha enManzanares (Ciudad Real, España) en el año 1982, gracias a la colaboración delGobierno español y la compañía Schlaich Bergermann and Partners, responsablede su diseño. Algunas de las características más importantes de la central son: 195metros de altura de la torre y 10 de anchura, así como un toldo colector de 240 metrosde diámetro. Tuvo una vida de siete años, hasta que en 1989 una tormenta derribóla torre. Se consiguió comprobar el funcionamiento básico de este tipo de centralesy aportar valiosos datos para mejorar su diseño y funcionamiento. La capacidad deproducción fue de tan sólo 50 kilovatios, pero gracias a este prototipo se desarrollaronlos siguientes.

La experiencia adquirida con el prototipo de Ciudad Real ha permitido que veinteaños después se haya apostado por otra central eólico-solar de tipo torre en Fuenteel Fresno, de nuevo en la provincia de Ciudad Real. La torre tendrá una altura de 750metros y una capacidad de producción de 50 MW, lo que permitirá cubrir la demandaenergética equivalente a 230.000 personas.

50 MW equivalen aproximadamente a 310.000barriles de petróleo, lo cual indica que se dejarían de


emitir a la atmósfera 180.000 toneladas de dióxidode carbono.

Uno de los últimos proyectos de torres eólico-solares ha sido diseñado en Australiapor EnviroMission Limited, que actualmente está buscando posibles emplazamientosen el resto del mundo. Es el más ambicioso de los llevados a cabo o diseñados hastala fecha, ya que su torre alcanza mil metros de altura y la central una capacidad de200 MW, lo que podría abastecer a 200.000 familias. Su funcionamiento es el mismoque el demostrado hace veinte años, que consiste en calentar el aire próximo alsuelo mediante colectores solares y conducirlo hacia la torre central, en cuya base sedisponen turbinas que generan electricidad conforme las atraviesa el aire ascendente.

[Animación Flash]

Los huertos solares presentan una mayor eficiencia, pero los materiales son bastantemás caros, lo que supone un importante argumento para desarrollar las torres solares.Además, la empresa promotora del proyecto ha diseñado torres de menor envergadurapara comprobar su aceptación y su funcionamiento en el mercado.

3. otros sistemas híbridos eólico-solares

Otro sistema mixto eólico-solar es el generador que aparece bajo estas líneas, llamadoSolar Wind Turbina, cuyo funcionamiento se basa en el aprovechamiento de la luz solary de la energía del viento mediante una estructura helicoidal cuya superficie presentapaneles solares.


Algunas de las características de este novedoso diseño es la proporción de energíaseólica y solar que genera, de 70/30, el teflón como material de las células solares paraasegurar un adecuado rendimiento en movimiento, un margen operativo de velocidadde viento muy amplio entre 6 y 145 kilómetros por hora, y el enfriamiento al que sesometen las células fotovoltaicas por la velocidad de rotación (que mejora de estaforma su rendimiento).

Otras ventajas añadidas son la generación homogénea y continua a lo largo de todo elaño, puesto que aumenta la proporción de energía eólica en invierno y solar en verano;mayor rendimiento que las turbinas tradicionales de hélice horizontal; un diseño quepermite captar la luz y aprovechar el viento en cualquier dirección; y un mínimo impactoambiental, que se reduce a estético principalmente en ubicaciones urbanas de mínimoimpacto acústico. En la actualidad hay tres tipos de aparatos diseñados de 3 kW, 5 kWy 8 kW.

Otro sistema híbrido aparece en la siguiente imagen, que consiste en una farola queaprovecha la luz solar y la velocidad del viento para cargar unas baterías que aseguran


su iluminación durante la noche. Este sistema se encuentra en el Centro de Tecnologíade Panasonic en Tokio y, según el fabricante, se amortiza rápidamente debido a lareducción de la cuenta eléctrica.

En la siguiente imagen presentamos otro sistema híbrido diseñado recientemente yque se ubicará en el Campus de la Universidad del Estado de California, en Fullerton.El proyecto consiste en un aerogenerador de eje vertical y cuatro anillos circularesrecubiertos por células fotovoltaicas. La energía se almacena en acumuladores y


servirá, junto con la recolección de agua de lluvia en una cubierta diseñada a modode paraguas, para generar hidrógeno. Tanto el agua de lluvia como el hidrógeno sealmacenan bajo la estructura.

La energía servirá para abastecer a la propia universidad, y la sobrante se almacenapara los momentos en los que la producción eólico-solar no satisfaga la demanda.El hidrógeno se empleará como combustible en vehículos que circulen por la propiauniversidad. La estructura puede servir como sala de reuniones del campus, centro deexposiciones, de ocio, etc.


Otro sistema híbrido interesante consiste en una embarcación que dispone de dosalerones o aletas laterales recubiertos con células fotovoltaicas que pueden acercarseuna a la otra (al estar unidas al mástil central) y rotar sobre si mismas, de forma quetambién funcionan como velas y pueden aprovechar la energía del viento.


Energía solar y eólica / Energía Solar / Módulo IV. Energía eólico solar


Proyecto de chimenea eolico solar



Energía solar y eólica / Energía Solar / Módulo IV. Energía eólico solar

Resumen


Juego: El laberinto del Minotaruro


Autoevaluación

Pregunta 1:Los paneles solares y aerogeneradores son perfectamente compatibles.



Pregunta 2:La ubicación de los aerogeneradores es un aspecto fundamental para su

rendimiento.• Verdadero• Falso


Pregunta 3:La inclinación y la orientación de los paneles solares son dos aspectos

fundamentales para su rendimiento.• Verdadero• Falso


Pregunta 4:


La torre solar es un sistema que se basa en la obtención de energía a partir del

aire producido por un aerogenerador y, que tras descender por una chimenea,pasa por unos generadores.



Pregunta 5:El sistema Solar Wind Turbine consiste en una farola que aprovecha la luz solar

y la velocidad del viento para cargar unas baterías que aseguran su iluminacióndurante la noche.



Ejercicio. Entrevista a un experto de energía solar




Evaluación Módulos III y IV. Energía solar




Evaluación final




Recursos comunes

Enlaces

Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energíahttp://www.idae.es

Asociación de Productores de Energías Renovableshttp://www.appa.es/

Asociación Europea de Energía Eólicahttp://www.ewea.org/

Asociación Americana de Energía Eólicahttp://www.awea.org/

Asociación Inglesa de Energía Eólicahttp://www.bwea.com/

Revista de energías renovables en Españahttp://www.energias-renovables.com/paginas/index.asp

Fabricante de aerogeneradoreshttp://www.gamesa.es/

Fabricante de aerogeneradoreshttp://www.ecotecnia.com/

Fabricante de aerogeneradoreshttp://www.izar.com

Fabricante de aerogeneradoreshttp://www.vestas.com/

Centro de información y portal de las Energías Renovables de la Unión Europeahttp://www.agores.org

Comisión Nacional de Energíahttp://www.cne.es


Asociación de la Industria Fotovoltaica (ASIF)http://www.asif.org

Asociación Europea de la Industria Fotovoltaicahttp://www.epia.org

Asociación Solar de la Industria Térmicahttp://www.asit-solar.com

FAQ

¿Cómo se produce la energía eólica?

Las palas del aerogenerador están unidas a un generador, por lo que al rotar por elefecto del viento hacen girar al rotor del generador y éste produce energía eléctrica.

¿Cuál es el número de palas de un aerogenerador?

Tres palas. Aunque la energía máxima que se extrae del viento es independiente delnúmero de palas, se considera que más palas incrementarían los costes de fabricacióne instalación y, por otra parte, tres palas forman un sistema más estable que una o dos.

¿Los aerogeneradores producen ruido?

Sí, pero es un nivel bajo ya que se produce a una altura considerable. Losaerogeneradores modernos tienen un sistema de control que regula la velocidad y,por tanto, disminuye el ruido aerodinámico. También hay que contar con el ruido quegeneran sus componentes mecánicos.

¿Qué tipos de turbinas de viento existen?

Principalmente existen dos tipos de turbinas de viento: una de tres aspas accionada acontra-viento, y otra de dos aspas accionada a favor del viento.

¿Cuánto tiempo duran los equipos solares térmicos?

Tienen una vida útil superior a los veinte años. Si se hace un correcto uso ymantenimiento de los equipos, aumentarán las probabilidades de mayor duración.

¿Es caro instalar un sistema solar térmico?

Una instalación solar térmica para una casa puede costar entre 2.400 y 3.500 €, pero elahorro en consumo eléctrico es entre el 65% y el 85%. Esto, unido a posibles ayudas,hace que se amortice rápidamente la inversión.


¿Se requiere algún requisito para instalar los captadores solares térmicos ofotovoltaicos?

La ubicación es importante, ya que no debe interferir ningún obstáculo que produzcasombras. Por otra parte, se ha de disponer de un mínimo de superficie en la queinstalar los captadores (12 metros cuadrados aproximadamente).

¿Pueden afectar las inclemencias climatologicas a una instalación solardoméstica?

Si hablamos de tormentas fuertes o granizadas, el riesgo de ruptura es bajo, similaral que tienen las lunas de los coches. Si son heladas, tampoco hay riesgos ya que elliquido que circula, en el caso de energía térmica, es anticongelante.

¿Qué pasa si el día está nublado?

Los captadores recogen la radiación directa y la radiación difusa, la cual se da tambiénen días nublados. Por tanto, aunque en menor medida, también se captará radiaciónen días poco soleados. Para estos días hay que contar con un sistema convencional deapoyo.

Glosario

Absorbancia

Parte de la luz o de otra energía radiante que, al incidir en un cuerpo, es absorbida poréste.

Absorbedor

Componente de un captador solar cuya función es absorber la energía radiante ytransferirla a un fluido en forma de calor.

Acumulador

Equipo que permite almacenar energía química para liberarla posteriormente en formade energía eléctrica. Se emplea, por ejemplo, en dispositivos solares.

Aerogenerador

Dispositivo formado por un generador eléctrico unido a un aeromotor que se mueve porimpulso del viento y es capaz de llevar a cabo la captación de la energía eólica paratransformarla en otra forma de energía.


Alternador

Generador eléctrico a causa de movimiento mecánico.

Balance energético

Resultado cuantificable de las cantidades de energía que se conservan e intercambianen un sistema establecido.

Calentamiento global

Aumento de la temperatura de la Tierra debido a la emisión de gases de diferentesactividades humanas.

Cambio climático

Alteración del clima debido a la actividad humana.

Captador plano

Dispositivo constituido por un vidrio, una placa absorbente (por ella circula un fluido),un aislante y una caja para proteger al conjunto, que sirve para transformar la energíaradiante del Sol en energía térmica, transmitiéndola a un fluido.

Carcasa

Componente del captador que forma su superficie exterior, fija la cubierta, contiene yprotege los restantes componentes del colector y soporta los anclajes.

Célula fotovoltaica

Dispositivo, generalmente de silicio, que permite transformar la radiación solar enelectricidad.

Central de generación eólica

Tipo de central donde se usa la fuerza del viento para mover el eje de los generadoreseléctricos.

Central eléctrica

Instalación donde se efectúa la transformación de una fuente de energía primaria enenergía eléctrica.

Central electrosolar


Equipo donde se origina energía eléctrica a partir de la radiación solar.

Central eólica

Instalación en la que se produce electricidad a partir del viento.

Central termoeléctrica

Instalación donde se genera energía eléctrica a partir de la energía química procedentede los combustibles fósiles, sólidos, líquidos o gaseosos.

Cesta energética

Porcentajes de distintas fuentes de energía empleadas para cubrir las necesidadesenergéticas de una zona.

Circuito primario

Circuito formado por los captadores y las tuberías que los unen y donde el fluido recogela energía solar y la transmite.

Circuito secundario

Circuito en el que se recoge la energía transferida del circuito primario para serdistribuida a los puntos de consumo.

Colector solar

Equipo cuyo destino es captar la radiación solar que incide, para transformarla enenergía térmica y ser transferida a un portador de calor.

Combustibles fósiles

Sustancias combustibles procedentes de residuos vegetales o animales almacenadosdurante largos periodos de tiempo. Se engloban dentro de estos combustibles elpetróleo, el gas natural, el carbón, los esquistos bituminosos, las pizarras y las arenasasfálticas.

Combustión

Reacción química exotérmica del oxígeno (comburente) con una sustancia(combustible).

Conversión fotobiológica


Transformación bioquímica que consiste en que la radiación solar que incide en losvegetales origina la fotosíntesis, produciendo energía química que se almacena en lasplantas.

Conversión fotoquímica

Transformación de la radiación solar en energía química.

Conversión fototérmica

Transformación de radiación solar en energía térmica.

Conversión fotovoltáica

Transformación directa de la radiación solar en energía eléctrica.

Efecto fotoeléctrico

Emisión de partículas cargadas eléctricamente por un material conductor, cuando seilumina con radiación electromagnética.

Efecto invernadero

Fenómeno que se basa en la retención, por parte de determinados gases, de partede la energía que el suelo emite a causa del calentamiento por la radiación solar.Tiene lugar en todos los planetas que presentan atmósfera. Este efecto se ha vistoincrementado en la Tierra a causa de la emisión de estos gases responsables de laretención del calor, por parte de industrias y vehículos, como por ejemplo el dióxido decarbono.

Electricidad

Propiedad fundamental de la materia que se manifiesta por la atracción o repulsiónentre sus partes, creada por la existencia de electrones, partículas cargadasnegativamente, o protones, partículas cargadas positivamente.

Emisión

Liberación de todo fluido gaseoso, puro o con sustancias en suspensión, así como todaforma de energía radioactiva o electromagnética (sonido), al medio, procedente de unfoco productor.

Energía


Desde el punto de vista físico, es la capacidad de realizar un trabajo. Desde el punto devista tecnológico, se podría entender como un recurso natural y la tecnología asociadaa dicho recurso para su explotación y aprovechamiento.

Energía calórica

La liberada al agitar las moléculas de una sustancia cuando se produce un aumento detemperatura.

Energía cinética

Energía que posee un cuerpo en movimiento en función de la masa y de la velocidad ala que se desplaza.

Energía eléctrica

Forma de energía causada por una diferencia de potencial entre dos puntos dandolugar a una corriente eléctrica entre ambos, siempre que se pongan en contacto através de un conductor eléctrico.

Energía eólica

La obtenida a través del viento, mediante el uso de la energía cinética generada por elefecto de las corrientes de aire.

Energía mecánica

La poseen los cuerpos capaces de producir movimiento o trabajo, como resultado de lasuma de las energías cinética y potencial.

Energía potencial

Capacidad que tienen los cuerpos de realizar un trabajo, dependiendo de suconfiguración y posición en un sistema de cuerpos que ejercen fuerzas entre sí.

Energía primaria

Se obtiene de fuentes de energía natural que no han sufrido ningún tipo detransformación, y se encuentran en la Naturaleza. Por ejemplo, el carbón, el petróleo,el gas natural, el uranio, así como el Sol, los recursos hídricos, las mareas, el viento, elcalor de la Tierra, etc.

Energía secundaria


Conjunto de los productos energéticos disponibles, y que no se encuentran enestado natural sin haber sufrido ninguna transformación, en forma apta para suaprovechamiento final.

Energía solar

Energía obtenida directamente del Sol. Por la naturaleza de la radiación y su capacidadpara calentar un cuerpo, puede aprovecharse de una forma renovable y limpia.

Energía solar fotovoltaica

Es una forma de obtención de energía eléctrica, producida a partir de la energíasolar, mediante células fotovoltaicas que liberan electrones al contacto con la energíaluminosa del Sol. De esta forma se genera una diferencia de potencial que puede seraprovechada para producir energía.

Energía solar térmica

Aprovechamiento de la energía del Sol para producir calor, que posteriormente puedeusarse en cocinas solares o también para el calentamiento de agua destinada alconsumo doméstico o industrial, bien con fines sanitarios, calefacción, o para producirenergía mecánica y, a partir de ella, electricidad.

Energías alternativas

Energías que pueden sustituir a las fuentes energéticas clásicas (carbón, petróleo ygas natural) bien por su menor efecto contaminante, o principalmente por su posibilidadde renovación. Se consideran energías alternativas la solar, la eólica, la geotérmica, lamareomotriz y la de la biomasa.

Energías renovables

Se consideran inagotables y además se producen y renuevan de forma continuada,como es el caso de la energía solar y la energía de las mareas. Forman parte de ciclosnaturales, en oposición a las energías que proceden de reservas.

Helióstato

Dispositivo esencial de las centrales solares termoeléctricas que sirve para concentrarla energía solar sobre el receptor y así obtener altas temperaturas.

Inversor

Dispositivo que transforma la corriente continua que suministran las baterías o lospaneles en corriente alterna.


Irradiancia solar

Potencia radiante incidente por unidad de superficie sobre un plano. Se expresa en kW/m2.

Off-shore

Parques eólicos localizados a pocos kilómetros de la costa marítima.

Parque eólico

Instalación eólica que comprende varios aerogeneradores.

Radiación

Forma de transmisión de energía en forma de ondas electromagnéticas (rayos X, rayosUV, etc.) o partículas subatómicas (neutrones, etc.) a través del vacío o de un mediomaterial. Todos los cuerpos emiten y absorben este tipo de energía.

Radiación solar

Radiación electromagnética emitida por el Sol, que actúa prácticamente como uncuerpo negro (cuerpo que absorbe toda la luz y energía radiante que incide sobre él) ylibera energía según la ley de Planck.

Reserva

Cantidad conocida de un recurso natural determinado (carbón, petróleo, gas natural,etc.) con las condiciones económicas y tecnológicas de aprovechamiento del momento.

Sistemas energéticos híbridos o mixtos

Aquellos en los que intervienen más de un tipo de fuente energética en la entrada delsistema, como un generador eólico y placas solares, ayudado de un grupo electrógeno.

Bibliografía

Sistemas de energía fotovoltáica: manual del instalador. ASOCIACIÓN DE LAINDUSTRIA FOTOVOLTAICA.Editorial ASIF, Madrid 2005.

Situación actual de la energía eólica. Recursos, tecnología, aspectosmedioambientales y normativa. CENTRO NACIONAL DE ENERGÍASRENOVABLES.


Editorial Centro Nacional de Energías Renovables, Madrid 2005.

Libro blanco para una estrategia y plan de acción comunitario. COMISIÓNEUROPEA.Editorial Comisión Europea, Bruselas 1998.

Manual de energía eólica. DE ESCUDERO LOPEZ, J.M..Editorial MUNDI-PRENSA LIBROS, S.A., Madrid 2004.

Energías alternativas. DOMÍNGUEZ GÓMEZ, JOSÉ ANDRÉS.Editorial Equipo Sirius, S.A., Madrid 2004.

Guía completa de la energía solar fotovoltaica. FERNÁNDEZ SALGADO, JOSÉ M..Editorial Antonio Madrid Vicente, Editor, Madrid 2007.

Energía eólica práctica. GIPE, PAUL.Editorial Progensa, Sevilla 2000.

Energía fotovoltaica. GREEN, MARTIN.Editorial Acribia Editorial, Huesca 2002.

ANEMOS: Predicción eólica en la Unión Europea. IDAE.Editorial IDAE, Madrid 2007.

Energía solar. JUTGLAR I BANYERAS, LLUIS.Editorial Grupo Editorial CEAC, Madrid 2004.

Las energías renovables. MERINO RUESGA, LUIS.Editorial Haya Comunicación, Madrid 2003.

Energía eólica. VILLARRUBIA, MIGUEL.Editorial Grupo Editorial CEAC, Barcelona 2004.

Tecnología y aplicaciones de la energía solar. WILLIAMS, RICHARD J..Editorial Bellisco, Madrid 2007.

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