Proyecto "Instalación solar fotovoltaica sobre cubierta industrial de conexión a red"

1. INTRODUCCIN A LA ENERGA. ....................................................................................... 1

1.1 CONSERVACIN DE LA ENERGA. ................................................................................................................ 2

1.2 ANTECEDENTES Y EVOLUCIN DE LA ENERGA EN ESPAA. .............................................................................. 2

1.3 ENERGAS NO RENOVABLES. ..................................................................................................................... 4

1.3.1 Energa nuclear. ........................................................................................................................ 4

1.3.2 Energa fsil. ............................................................................................................................. 8 1.3.2.1 Ventajas e inconvenientes de las centrales termoelctricas. ....................................................... 10 1.3.2.2 El petrleo y sus derivados. .......................................................................................................... 11 1.3.2.3 Carbn........................................................................................................................................... 13 1.3.2.4 Gas natural. ................................................................................................................................... 14

1.4 ENERGAS RENOVABLES. ........................................................................................................................ 15

1.4.1 Desarrollo sostenible, sostenibilidad. ..................................................................................... 16

1.4.2 Tipos de energa renovable. .................................................................................................... 18 1.4.2.1 Energa elica. ............................................................................................................................... 19 1.4.2.2 Energa hidrulica. ........................................................................................................................ 21 1.4.2.3 Biomasa. ....................................................................................................................................... 22 1.4.2.4 Energa geotrmica. ...................................................................................................................... 24 1.4.2.5 Energa solar. ................................................................................................................................ 26

1.5 TIPOS DE ENERGA SOLAR, RADIACIN SOLAR Y MOVIMIENTO DEL SOL. ............................................................ 27

1.5.1 Tipos de energa solar. ............................................................................................................ 27

1.5.2 Radiacin Solar. ...................................................................................................................... 29

1.5.3 Movimiento del Sol. ................................................................................................................ 30

1.6 ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA. .............................................................................................................. 31

1.6.1 Aplicaciones. ........................................................................................................................... 31

1.6.2 Ventajas e inconvenientes. ..................................................................................................... 32

1.6.3 Situacin del sector fotovoltaico: (UE/Espaa). ...................................................................... 33

1.6.4 Cdigo Tcnico de la Edificacin (CTE). ................................................................................... 35

2. FUNDAMENTOS FSICOS. ............................................................................................... 39

2.1 EFECTO FOTOVOLTAICO. ........................................................................................................................ 39

2.2 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES. .......................................................................................................... 39

2.3 MATERIALES SEMICONDUCTORES. ........................................................................................................... 40

2.4 UNIN P-N. ..................................................................................................................................... 41

2.5 ANCHO DE BANDA PROHIBIDO................................................................................................................. 42

2.6 ELABORACIN DEL SILICIO. ..................................................................................................................... 43

3. DESCRIPCIN DE SISTEMA FOTOVOLTAICO. ................................................................... 45

3.1 TIPOS DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS. ...................................................................................................... 45

3.2 COMPONENTES DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO. ........................................................................................ 45

3.2.1 Mdulos fotovoltaicos. ........................................................................................................... 45

3.2.2 Estructura soporte del mdulo. .............................................................................................. 48

3.2.3 Acumuladores o bateras. ....................................................................................................... 49

3.2.4 Inversores. ............................................................................................................................... 49

3.2.5 Elementos de proteccin y cableado. ..................................................................................... 50

4. OBJETIVO. .................................................................................................................... 51

5. GENERALIDADES Y DIMENSIONADO DEL GENERADOR FOTOVOLTAICO. ......................... 53

5.1 GENERALIDADES. ................................................................................................................................. 53

5.1.1 Antecedentes. ......................................................................................................................... 53

5.1.2 Situacin y emplazamiento. .................................................................................................... 53

5.1.3 Reglamentos y disposiciones generales. Normativa aplicable. .............................................. 53

5.1.4 Descripcin de la nave industrial. ........................................................................................... 56

5.1.5 Descripcin de la instalacin, componentes y equipos. .......................................................... 56

5.2 DIMENSIONADO DEL GENERADOR FOTOVOLTAICO. ...................................................................................... 57

5.2.1 Mdulos fotovoltaicos. ........................................................................................................... 57

5.2.2 Parmetros y criterios de diseo. ........................................................................................... 59 5.2.2.1 Sombras. ....................................................................................................................................... 60 5.2.2.2 Orientacin e Inclinacin del Generador Fotovoltaico. ................................................................ 60 5.2.2.3 Distancia mnima entre filas. ......................................................................................................... 62 5.2.2.4 Instalacin/colocacin de los mdulos fotovoltaicos. .................................................................. 63

5.3 CLCULO DE PRDIDAS POR ORIENTACIN, INCLINACIN Y SOMBRAS DEL GENERADOR DISTINTAS DE LA PTIMA. ..... 65

5.3.1 Prdidas por orientacin e inclinacin. ................................................................................... 66

5.3.2 Clculo de las prdidas de radiacin solar por sombras. ........................................................ 68

5.3.3 Conclusin clculo de prdidas por sombreado, orientacin e inclinacin. ............................ 70

5.4 ESTRUCTURA SOPORTE DE LOS MDULOS. ................................................................................................. 71

5.5 INVERSOR. .......................................................................................................................................... 72

5.5.1 Caractersticas del Inversor. .................................................................................................... 75

5.5.2 Configuracin del inversor. ..................................................................................................... 75

5.6 CLCULO DE LA PRODUCCIN ANUAL DE ENERGA GENERADA. ....................................................................... 79

5.7 PUNTO DE CONEXIN O ENTRONQUE........................................................................................................ 81

6. PROYECTO ELCTRICO BAJA TENSIN. ........................................................................... 83

6.1 GENERALIDADES. ................................................................................................................................. 83

6.2 DESCRIPCIN DE LA INSTALACIN DE BAJA TENSIN. ................................................................................... 84

6.3 CRITERIOS DE CLCULO PARA LA ELECCIN DE LOS CABLES CONDUCTORES. ....................................................... 85

6.3.1 Parte de continua. ................................................................................................................... 89

6.3.2 Parte de alterna. ..................................................................................................................... 98

6.4 LNEA DE PUESTA A TIERRA. .................................................................................................................. 109

7. PRESUPUESTO Y MEDICIONES ..................................................................................... 111

8. PLANOS ...................................................................................................................... 117

9. PLIEGO DE CONDICIONES ............................................................................................ 119

9.1 CALIDAD DE LOS MATERIALES ................................................................................................................ 119

9.1.1 Conductores elctricos .......................................................................................................... 119

9.1.2 Conductores de neutro .......................................................................................................... 120

9.1.3 Conductores de proteccin. .................................................................................................. 120

9.1.4 Identificacin de los conductores .......................................................................................... 121

9.1.5 Tubos protectores. ................................................................................................................ 121

9.1.6 Arquetas. .............................................................................................................................. 121

9.1.7 Cajas de empalme y derivacin. ........................................................................................... 121

9.1.8 Aparatos de mando y maniobra. .......................................................................................... 122

9.1.9 Aparatos de proteccin. ........................................................................................................ 123

9.1.10 Electrodos de puesta a tierra y puesta a tierra. .................................................................... 128

9.2 NORMAS DE EJECUCIN DE LAS INSTALACIONES. ....................................................................................... 129

9.2.1 Instalaciones de enlace. ........................................................................................................ 129

9.2.2 Canalizaciones. Prescripciones generales. ............................................................................ 130

9.2.3 Colocacin de tubos. ............................................................................................................. 131

9.2.4 Instalacin y colocacin de canales protectoras. .................................................................. 134

9.2.5 Apertura de zanjas. ............................................................................................................... 134

9.2.6 Colocacin y caractersticas de canalizaciones entubadas en montaje subterrneo. .......... 135

9.2.7 Colocacin de la cinta de atencin al cable. ...................................................................... 136

9.2.8 Tapado y apisonado de la zanja. .......................................................................................... 136

9.2.9 Medidas de las zanjas. .......................................................................................................... 136

9.2.10 Tendido de cables directamente enterrados. ....................................................................... 136

9.2.11 Tendido de cables en tubos. .................................................................................................. 137

9.2.12 Empalmes. ............................................................................................................................ 138

9.2.13 Red equipotencial. ................................................................................................................ 138

9.2.14 Instalacin de puesta a tierra. .............................................................................................. 139

9.3 CARACTERSTICAS TCNICAS DE LAS INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS CONECTADAS A LA RED. ............................. 140

9.3.1 Caractersticas generales de diseo. ..................................................................................... 140

9.3.2 Condiciones tcnicas de carcter general. ............................................................................ 140

9.3.3 Condiciones especficas de interconexin. ............................................................................ 141

9.3.4 Medidas y facturacin. ......................................................................................................... 142

9.3.5 Protecciones. ......................................................................................................................... 143

9.3.6 Recepcin y pruebas de la instalacin fotovoltaica. ............................................................. 144

9.3.7 Otras medidas a adoptar. ..................................................................................................... 145

9.4 PRUEBAS REGLAMENTARIAS. ................................................................................................................ 146

9.4.1 Verificacin por examen. ...................................................................................................... 146

9.4.2 Verificaciones mediante medidas o ensayos. ....................................................................... 147

9.5 CONDICIONES DE USO, MANTENIMIENTO Y SEGURIDAD. ............................................................................. 150

9.6 CERTIFICADOS Y DOCUMENTACIN. ....................................................................................................... 150

9.7 LIBRO DE RDENES. ............................................................................................................................ 151

10. ESTUDIO BASICO DE SEGURIDAD Y SALUD. .................................................................. 153

10.1 OBJETO DEL ESTUDIO .................................................................................................................. 153

10.2 CARACTERSTICAS DE LA OBRA. ...................................................................................................... 153

10.2.1 Generalidades. ...................................................................................................................... 153

10.2.2 Centros asistenciales ms prximos. .................................................................................... 153

10.2.3 Accesos a al obra. ................................................................................................................. 153

10.2.4 Normas de seguridad aplicables a la obra. ........................................................................... 154

10.3 PROCESO DE ANLISIS DE RIESGO. .................................................................................................. 155

10.4 PROCESO DE MONTAJE DE LA INSTALACIN. ..................................................................................... 156

10.4.1 Proceso constructivo de la obra. ........................................................................................... 156

10.4.2 Aplicaciones de seguridad en el proceso constructivo. ......................................................... 156 10.4.2.1 Replanteo. ................................................................................................................................... 156 10.4.2.2 Acopio de materiales. ................................................................................................................. 157 10.4.2.3 Armado de la estructura en el suelo. .......................................................................................... 157 10.4.2.4 zado de la estructura. ................................................................................................................. 159 10.4.2.5 Instalacin de los mdulos fotovoltaicos. ................................................................................... 160

10.4.3 Instalacin de la red elctrica de Baja Tensin. .................................................................... 161 10.4.3.1 Instalacin. .................................................................................................................................. 161 10.4.3.2 Excavacin y hormigonado. ........................................................................................................ 162

10.4.4 Instalacin provisional contra incendios durante la ejecucin. ............................................ 164

10.5 MAQUINARIA Y HERRAMIENTAS..................................................................................................... 165

10.5.1 Maquinaria de elevacin. ..................................................................................................... 165

10.5.2 Retroexcavadora. .................................................................................................................. 166

10.5.3 Mquinas herramientas........................................................................................................ 168

10.6 BOTIQUN. ................................................................................................................................ 171

ANEXO I: HOJA DE CARACTERSTICAS ............................................................................... 173

Introduccin a la energa

1

1. INTRODUCCIN A LA ENERGA.

La energa, en una primera aproximacin puede definirse como la capacidad de un sistema

para llevar a cabo un trabajo. La primera forma de energa que se reconoci como tal fue la

energa mecnica, tanto cintica como potencial. El hecho de que un cuerpo slido en

movimiento, al golpear a otro, haga que ste ltimo se desplace o se deforme, realizando un

trabajo, fue objeto de meditacin ya en poca remota y ya los antiguos griegos la estudiaron

detalladamente. El agua en movimiento se conduce de la misma forma que un slido,

transmitiendo su energa propia a una rueda hidrulica; lo mismo sucede con el aire en

movimiento (viento), que puede impulsar una embarcacin o mover las aspas de un molino.

Aunque el fuego haya sido una de las primeras conquistas fundamentales de la humanidad, el

estudio de la energa trmica se debe casi exclusivamente a la ciencia moderna. El carcter

misterioso del fuego, considerado durante mucho tiempo como sobrenatural, permiti utilizar

el calor y la luz producidos por la combustin, pero evit que se le diese una interpretacin

cientfica.

Hay que esperar hasta el siglo XVI, con las clsicas observaciones del conde de Rumford

(Benjamn Thompson) sobre el calor que se produce por rozamiento durante la perforacin de

caones. Los primeros intentos de construccin de mquinas de vapor demostraron la

posibilidad de transformar calor en energa mecnica. Pero slo a mediados del siglo XVIII, y

gracias a los importantes trabajos de Mayer, Joule y Clausius, se estableci la equivalencia de

energa mecnica y energa trmica. En las dcadas siguientes, la teora cintica de los gases

interpret la energa trmica en trminos de energa mecnica, atribuyndola al movimiento

de agitacin de las partculas que constituyen un sistema. A principios del siglo XVIII se empez

a estudiar sistemticamente otros dos tipos de energa; la energa elctrica y la energa

qumica. Se estableci su recproca convertibilidad por medio del estudio de las pilas (en las

cuales la e. qumica se transforma en e. elctrica) y de los procesos electrolticos (en los que la

e. elctrica se transforma en e. qumica); la observacin de los fenmenos electromagnticos

puso de manifiesto la existencia de un vnculo entre energa magntica y energa elctrica. Por

ltimo, la sntesis Maxwelliana, que resuma las propiedades de la energa elctrica y

magntica en las propiedades de las ondas electromagnticas (electromagntica, radiacin),

pareci completar un cuadro unitario de las distintas formas de energa, recprocamente

transformables unas en otras, y la suma de las cuales permanece constante en un sistema

aislado.


2

1.1 Conservacin de la energa.

La experiencia nos ensea que puede formularse de modo completamente general el

llamado principio de conservacin de la energa, y afirma que la energa no se crea ni se

destruye, slo se transforma pasando de una forma a otra. La energa permanece constante

en un sistema aislado. Si el sistema consume (o suministra) energa, forzosamente el medio

externo suministra (o consume) una cantidad equivalente de energa, permaneciendo

invariable en el tiempo, lo que llev a formular:

En termodinmica Primer principio de la termodinmica.

La cual establece que, al suministrar una determinada cantidad de energa trmica

(Q) a un sistema, esta cantidad de energa ser igual a la diferencia del incremento

de la energa interna del sistema (U) menos el trabajo (W) efectuado por el

sistema sobre sus alrededores.

U Q W

En mecnica Principio de conservacin de la energa.

Para sistemas abiertos formados por partculas que interactan mediante fuerzas

puramente mecnicas la energa se mantiene constante con el tiempo, donde Ec y

Ep son la energa cintica y potencial respectivamente.

mec c pE E E k

1.2 Antecedentes y evolucin de la energa en Espaa.

Los primeros pasos de lo que se puede entender como industria elctrica no se dieron

hasta 1875 con la construccin de la primera central elctrica de Espaa por los seores

Xifra y Dalmau en Barcelona. Desde esta central mediante cuatro motores de gas de 50

caballos cada uno, que movan otras tantas mquinas Gramme de 200 voltamperios, se

distribua la electricidad a talleres y establecimientos de la ciudad. Las mquinas de

Gramme (Dinamo de Gramme) reciben el nombre del ingeniero en electricidad belga

Zenob Gramme, que perfeccion las dinamos existentes. Son mquinas de corriente

continua y su uso como motor se descubrira accidentalmente en la exposicin de Viena de

1873. Se utiliz para la generacin de energa elctrica a escala industrial en alumbrado

elctrico, galvanoplastia y faros. La energa mecnica necesaria para poner en movimiento

el rotor de esta mquina era provista por mquinas de vapor. Fue en esa exposicin donde


3

se vislumbr el gran potencial del uso de este tipo de mquinas, logrndose por primera

vez transmitir energa elctrica a lo largo de de milla durante tres das sin requerir

mantenimiento

Al ao siguiente ya se fabrican las primeras mquinas Gramme en Espaa y en 1881 se

constituye la Sociedad Espaola de Electricidad en Barcelona, primera empresa que

produca y distribua fluido elctrico a otros consumidores.

A principios del siglo XX, son ya numerosas las empresas elctricas que existen en Espaa y

el desarrollo del sector es tal, que en 1901 se publica la primera estadstica oficial del

mismo, elaborada por los Ministerios de Fomento y Agricultura que reflejaba la existencia

de 859 centrales elctricas con una potencia total de 127.940 caballos de vapor, de los

cuales el 39% tenan como fuerza motriz la energa hidrulica, el resto provenan de

centrales trmicas.

En 1910, la industria elctrica espaola se haba extendido por todo el pas, sobre todo en

las grandes ciudades, y estaba formada por un gran nmero de sociedades, la mayora de

ellas de carcter local.

La guerra civil de 1936 a 1939 supuso un parntesis en la expansin del parque elctrico. La

situacin no mejor en los aos inmediatamente posteriores, ya que la precaria situacin

econmica del pas impeda la realizacin de grandes obras.

En 1951 el gobierno aprob un nuevo sistema de tarifas, las Tarifas Tope Unificadas, que

entr en vigor en 1953 y estableca la unificacin de precios de la electricidad para todo el

territorio espaol. En estos aos y hasta mediada la dcada de 1970, se construyeron las

grandes centrales hidroelctricas y trmicas con potencias prximas a los 1000 MW y se

ponen en servicio las primeras centrales nucleares.

La crisis energtica de 1973 cambi los planteamientos de la poltica energtica, el primer

Plan Energtico Nacional (PEN) se aprob en 1975. Se impulsa la construccin de centrales

de carbn y nucleares.

La revisin del PEN en 1983, supuso la parada de cinco grupos nucleares en construccin,

basndose en unas directrices en las cuales, cuando se tratara del medio ambiente se

fomentar la investigacin y el desarrollo tecnolgico dirigido a la utilizacin de energas

menos contaminantes y al uso ms limpio de la energa, que tom carcter definitivo con

la Ley 40/1997. En 1985 se crea Red Elctrica de Espaa, S.A. (REE) que supone la


4

nacionalizacin de la red de transporte y tendr encomendada la gestin del servicio

pblico de explotacin unificada del sistema elctrico nacional.

A finales de 1996 se firm entre el Ministerio de Industria y Energa y las Empresas

Elctricas el "Protocolo para el establecimiento de una nueva regulacin del sistema

elctrico nacional". En dicho protocolo se establecen las bases operativas que han de regir

en el funcionamiento del sistema elctrico mediante la liberalizacin del mercado y la

introduccin de un mayor grado de competencia.

La aprobacin de la Ley 54/1997 considera el carcter esencial del suministro elctrico para

el funcionamiento de nuestra sociedad, si bien "a diferencia de regulaciones anteriores, la

presente Ley se asienta en el convencimiento de que garantizar el suministro elctrico, su

calidad y su coste no requiere de mas intervencin estatal que la propia regulacin

especifica". Se mantienen reguladas las actividades de transporte y distribucin, dada su

caracterstica de monopolios naturales, mientras que se liberalizan las actividades de

generacin y comercializacin.

En enero de 2003 se liberaliz la totalidad del mercado.

En la actualidad (ao 2008), hay un total de 336 empresas dedicadas a la comercializacin

de la energa en Espaa, siendo las ms grandes a nivel nacional Iberdrola, Endesa, Unin

Fenosa, Hidrocantbrico y Sevillana de Electricidad.

1.3 Energas no renovables.

Se entiende por energas no renovables aquellas fuentes de energa que se agotan. Se

encuentran en la naturaleza en una cantidad limitada y una vez consumidas en su totalidad,

no pueden sustituirse, ya que no existe sistema de produccin o extraccin viable.

Dentro de este tipo de energa cabe destacar:

Los combustibles nucleares.

Los combustibles fsiles.

1.3.1 Energa nuclear.

La energa nuclear representa una parte muy importante en la generacin de energa

elctrica en el mundo, ya que actualmente existen 439 reactores nucleares en operacin

comercial, que generan aproximadamente el 15% de la energa elctrica consumida. Las


5

centrales nucleares estn instaladas principalmente en los pases desarrollados, y dentro

de la Unin Europea se encuentran en operacin 146 reactores nucleares que

proporcionan, aproximadamente, una tercera parte de la electricidad consumida por los

Estados Miembros.

En Espaa hay un total de 10 reactores nucleares distribuidos en 8 centrales nucleares

todos ellos situados en la pennsula.

El conjunto de centrales nucleares que en la actualidad se encuentran en fase de

explotacin, cierre o moratoria, corresponden a tres generaciones diferenciadas dentro

del programa nuclear:

Primera generacin.

Centrales proyectadas en la dcada de los 60, cuya construccin se concluy a

finales de esa dcada o comienzos de los 70. Corresponden a esta generacin

las Centrales Nucleares Jos Cabrera, que inici su explotacin en 1968, Santa

Mara de Garoa, que la inici en 1971, y Vandells I, que lo hizo en 1972.

Segunda generacin.

Centrales proyectadas a comienzo de la dcada de los 70, cuya construccin se

inici en la misma poca, con el objetivo de entrar en explotacin a finales de

la dcada, aunque los retrasos en el proceso de construccin hicieran que los

planes se demoraran hasta los aos 80. Corresponden a esta generacin las

Centrales Nucleares de Almaraz I y II, Asc I y II, y Cofrentes.

Tercera generacin.

Centrales Nucleares cuya construccin fue autorizada con posterioridad a la

aprobacin del Plan Energtico Nacional en Julio de 1979. Corresponden a esta

generacin las Centrales Nucleares de Vandells II y Trillo I.

De las 3 generaciones de centrales nucleares se encuentran en funcionamiento 6

centrales nucleares, 2 de las cuales disponen de 2 reactores cada una (Almaraz y Asc)

como se puede ver en la imagen 1.1, por lo que suman 8 reactores de agua ligera, con

una potencia total instalada de 7.716 MW, como se puede ver en la tabla 1.1.

La central nuclear Jos Cabrera dej de funcionar en abril del 2006, y la de Vandells I se

encuentra en fase de desmantelamiento. Los proyectos paralizados en la moratoria

nuclear son, Lemniz I y II en Vizcaya, Valdecaballeros I y II en Badajoz, Trillo II en


6

Guadalajara, Escatrn I y II en Zaragoza, Santilln en Cantabria, Regodola en Lugo y

Sayago en Zamora.

La produccin bruta de energa elctrica de origen nuclear durante el ao 2007 ha sido

de 55.102 GWh (como se puede ver en la tabla 1.1), lo que ha supuesto una

contribucin del 17,7% del total de la produccin nacional. En 2007 esta produccin

elctrica ha disminuido un 8,4 % respecto a la del ao anterior, debido a las paradas

prolongadas de las centrales nucleares de Vandells II y de Cofrentes, para llevar a cabo

trabajos planificados.

Imagen 1.1 Ubicacin de las Centrales Nucleares


7

ICentral Situacin Tipo * Ao entrada en Servicio (1 Conexin)

Potencia Instalada

(MW)

Produccin Bruta (GWh)

S.M.Garoa Burgos BWR 1971 466 3478

Almaraz I Cceres PWR 1981 974 8523

Asc I Tarragona PWR 1983 1028 7917

Almaraz II Cceres PWR 1983 983 7430

Cofrentes Valencia BWR 1984 1085 6241

Asc II Tarragona PWR 1985 1027 7467

Vandells II Tarragona PWR 1987 1087 5532

Trillo Guadalajara PWR 1988 1066 8515

Total 7716 55102

(*) PWR = Reactor de agua a presin.

BWR= Reactor de agua en ebullicin.

Tabla 1.1 Potencia elctrica y produccin de origen nuclear en 2007.

Los sistemas ms utilizados en la generacin de energa de origen nuclear son PWR y

BWR. A continuacin se describe brevemente su funcionamiento.

Reactor de agua a presin, (por sus siglas en ingls PWR: Pressurized Water Reactor), es

un tipo de reactor nuclear que usa agua como refrigerante y moderador de neutrones.

En un PWR, hay tres circuitos de refrigeracin (primario, secundario y terciario), el

combustible nuclear calienta el agua del circuito primario entregando calor por

conduccin trmica, el circuito primario de refrigeracin est presurizado con el fin de

evitar que el agua alcance su punto de ebullicin, el calor del agua del circuito primario

se transfiere hacia el agua del circuito secundario para convertirla en vapor. La

transferencia de calor se lleva a cabo sin que el agua del circuito primario y el secundario

se mezclen ya que el agua del primario es radioactiva, mientras que es necesario que el

agua del secundario no lo sea. El vapor que sale del generador de vapor se utiliza para

mover una turbina que a su vez mueve un generador elctrico. Despus de pasar por la

turbina, el vapor se enfra en un condensador donde se tiene nuevamente agua lquida

que es bombeada nuevamente hacia el generador de vapor. El condensador es enfriado

por un tercer circuito de agua llamado circuito terciario.

Reactor de agua en ebullicin, (por sus siglas en ingls BWR: Boiling Water Reactor), es

un tipo de reactor nuclear de agua, diseado por General Electric a mediados de la


8

dcada de los cincuenta, y en el que el agua comn que se utiliza como refrigerante y

moderador al igual que en PWR. La diferencia es que un BWR slo hay dos circuitos. El

BWR solo utiliza un circuito en el cual el combustible nuclear hace hervir el agua

produciendo vapor. Este ltimo asciende hacia una serie de separadores y secadores

que lo separan del caudal del agua de refrigeracin, reduciendo el contenido humedad

del vapor, lo cual aumenta la calidad de ste. El vapor seco fluye entonces en direccin a

la turbina que mueve el generador elctrico. Tras esto el vapor que sale de la turbina

pasa por un condensador que lo enfra obtenindose nuevamente agua liquida, la cual

es impulsada mediante bombas de nuevo hacia el interior de la vasija que contiene el

ncleo.

El principal problema medioambiental asociado con la produccin de este tipo de

energa (energa nuclear), es que su combustible es limitado, que genera residuos

radiactivos activos durante cientos de aos, y que puede ocasionar graves catstrofes

medioambientales en caso de accidente.

1.3.2 Energa fsil.

Energa procedente del petrleo, el gas y el carbn, residuos de la transformacin de

organismos que vivieron hace millones de aos. Esta energa se transforma en centrales

termoelctricas.

Una central termoelctrica, es una instalacin empleada para la generacin de energa

elctrica a partir de la energa liberada en forma de calor, normalmente mediante la

combustin de combustibles fsiles como petrleo, carbn o gas natural.

Existen 2 tipos de centrales termoelctricas:

Centrales termoelctricas clsicas, se denomina a aquellas que emplean la

combustin del carbn, petrleo (fueloil) o gas natural para generar energa

elctrica. Este calor es empleado por un ciclo termodinmico convencional

para mover un alternador y producir energa elctrica. Este tipo de centrales

elctricas generan el 16,5% de la energa elctrica necesaria en Espaa.

Centrales termoelctricas de ciclo combinado, al igual que las centrales

termoelctricas clsicas, utiliza gas natural, gasleo o incluso carbn

preparado como combustible para alimentar una turbina de gas. Luego los

gases de escape de la turbina de gas que todava tienen una elevada


9

temperatura, se utilizan para producir vapor que mueve una segunda turbina.

Cada una de estas turbinas est acoplada a su correspondiente alternador

para generar la electricidad como en una central termoelctrica clsica. Como

la diferencia de temperaturas que se produce entre la combustin y los gases

de escape es ms alta que en el caso de una turbina de gas o una de vapor, se

consiguen rendimientos muy superiores, del orden del 50 % respecto las

clsicas. Este tipo de centrales generan el 34% de las necesidades espaolas

de energa elctrica.

En nuestro pas hay en funcionamiento aproximadamente 200 centrales trmicas,

algunas de stas se pueden observar en la imagen 1.2, con una potencia total instalada

de ms de 27.000 MW. La potencia media de estas centrales, por lo tanto, es de unos

140 MW. stas centrales trmicas producen ms de 125 TWh, es decir, ms del 51 % del

total de energa elctrica en Espaa.

De todas las centrales, slo hay 6 que superan los 1000 MW:

As Pontes de Garca Rodrguez (A Corua), con ms de 1.400 MW, la mayor de

Espaa. Consume carbn, tanto nacional como importado.

Compostilla (Len), con 1.312 MW. Utiliza carbones de la cuenca minera en la

que est enclavada.

Carboneras (Almera), con 1.100 MW. Utiliza carbn importado.

Castelln, con 1.083 MW Emplea como combustible fuel-oil.

Teruel, con 1.050 MW. Emplea carbones de la cuenca minera aragonesa.

San Adrin (Barcelona), con 1.050 MW. Consume fuel y gas natural.


10

Imagen 1.2 Ubicacin de centrales termoelctricas con ms de 20 MW de potencia.

La distribucin de las centrales trmicas responde a factores como los siguientes:

La proximidad de cuencas mineras que las abastezcan de combustible. Esto

explica la gran densidad de centrales en la cuenca minera de Asturias y Len,

as como el grupo de centrales (Teruel y Escucha) en la cuenca de lignitos

aragonesa.

La localizacin costera, que facilita su abastecimiento con carbones

importados o fuel. Es el caso de las centrales ubicadas en el sur y levante de la

pennsula como Castelln, Escombreras, litoral de Almera, Algeciras y Cdiz.

La proximidad a los centros urbanos que debe abastecer. Aunque el transporte

de energa elctrica a largas distancias es una actividad que no ofrece

especiales dificultades, reas urbanas como la de Barcelona y Bilbao estn

rodeadas de una red relativamente densa de centrales, lo que no sucede en

Madrid.

1.3.2.1 Ventajas e inconvenientes de las centrales termoelctricas.

Ventajas.

Son consideradas las centrales ms econmicas y rentables teniendo en cuenta el

precio por megavatio instalado, debido a la simplicidad (comparativamente


11

hablando) de su construccin, por lo que su utilizacin est muy extendida en el

mundo.

Inconvenientes.

El uso de combustibles fsiles produce emisiones de gases de efecto invernadero a la

atmsfera como el dixido de carbono (CO2) ver tabla 1.2, y en menor cantidad

dixido de azufre (SO2), responsable de la lluvia cida. Al ser los combustibles fsiles

una fuente de energa finita, su uso est limitado a la duracin de las reservas y/o su

rentabilidad econmica. Sus emisiones trmicas y de vapor pueden alterar el

microclima local, y afectan negativamente a los ecosistemas fluviales debido a los

vertidos de agua caliente en estos.

Combustible Emisiones de CO2 kg/kWh

Gas natural 0,44

Fuelleo 0,71

Carbn 1,45

Tabla 1.2 Emisiones de CO2 en funcin del combustible utilizado.

1.3.2.2 El petrleo y sus derivados.

El petrleo es un lquido aceitoso, viscoso e inflamable, constituido por una mezcla

de hidrocarburos, que, de forma natural, se encuentra en determinadas formaciones

geolgicas.

En cuanto al origen del mismo, la teora ms aceptada sobre su formacin afirma que

es el producto de la degradacin, a travs de grandes presiones y temperaturas, de

materia orgnica procedente de restos de animales y plantas.

El petrleo no puede utilizarse tal como es extrado, porque el crudo tiene

demasiados componentes, cada uno de ellos con propiedades diferentes. Para

aprovecharlo, se separan estos componentes, normalmente mediante destilacin en

las refineras. En las ltimas dcadas, la mayor demanda de hidrocarburos ligeros

(gasolinas) ha hecho que tambin se utilice en procesos de ruptura cataltica

(cracking) para romper las cadenas de los hidrocarburos pesados en otros ms

ligeros.


12

El petrleo y sus derivados constituyen la mayor parte de la energa consumida en

Espaa (en 2006, un 49 % de la energa primaria provino del petrleo). El consumo en

2006 disminuy un 1,0 % respecto al ao anterior para situarse en 73,9 millones de

toneladas.

Aunque en Espaa existen yacimientos de petrleo, su produccin en 2006 y 2007

slo de 140 y 143 miles de toneladas respectivamente (ver tabla 1.3), lo que hace

que la prctica totalidad del crudo que se trata en las 10 refineras espaolas tenga

que ser importado, como se observa en la imagen 1.3. Los principales pases que

suministran petrleo a Espaa fueron Rusia, Arabia Saudita, Irn y Mxico.

Imagen 1.3 Origen de las importaciones de crudo en 2007

Yacimiento 2006 2007

Ayoluengo 5 6

Boquern 33 33

Casablanca 67 84

Rodaballo 35 21

Total (kt) 140 143

Tabla 1.3 Yacimientos espaoles de petrleo.

Las 10 refineras existentes en Espaa estn operadas por 5 compaas (ver imagen

1.4), Repsol, Petronor, Cepsa, BP y Asesa (Asfaltos Espaoles), de las cuales se puede

reducir a 3 (Repsol, Cepsa y BP Oil Espaa), ya que Repsol posee el 85,98 % de

Petronor y el 50 % de Asesa, el otro 50 % lo tiene Cepsa.


13

En 2006 el petrleo supuso el 39% del consumo de energa primaria en la UE, el

48,8% en Espaa y el 44% en la Comunidad Valenciana (Datos del balance energtico

de la Comunidad Valenciana 2006. Datos del AVEN. Agencia Valenciana de la

Energa).

Imagen 1.4 Refineras en Espaa.

1.3.2.3 Carbn.

El carbn se origina por descomposicin de vegetales terrestres, hojas, maderas,

cortezas, y esporas, que se acumulan en zonas pantanosas, lagunares o marinas, de

poca profundidad. Los vegetales muertos se van acumulando en el fondo de una

cuenca. Quedan cubiertos de agua y, por tanto, protegidos del aire que los destruira.

Comienza una lenta transformacin por la accin de bacterias anaerobias, un tipo de

microorganismos que no pueden vivir en presencia de oxgeno. Con el tiempo se

produce un progresivo enriquecimiento en carbono.

Existen diferentes tipos de carbones minerales en funcin del grado de

carbonificacin que haya experimentado la materia vegetal. El rango de un carbn

mineral se determina en funcin de criterios tales como su contenido en materia

voltil, contenido en carbono fijo, humedad, poder calorfico, etc. Existen varias

clasificaciones, una de las ms utilizadas divide a los carbones de mayor a menor

rango en: Antracita, Bituminoso bajo en voltiles, Bituminoso medio en voltiles,

Bituminoso alto en voltiles, Sub-bituminoso, Lignito, Turba.

Uno de los carbones ms extrados es la hulla, mineral de tipo bituminoso medio y

alto en voltiles. Las reservas de carbn se encuentran muy repartidas, con 70 pases


14

con yacimientos aprovechables. Los 10 pases mayores productores de carbn

bituminoso y antracita en el ao 2007 se pueden ver en la tabla 1.4:

Pas Produccin

Repblica Popular China 2.549 Mt

Estados Unidos de Amrica 981 Mt

India 452 Mt

Australia 323 Mt

Surfrica 244 Mt

Rusia 241 Mt

Indonesia 231 Mt

Polonia 90 Mt

Kazajistn 83 Mt

Colombia 72 Mt

Tabla 1.4 Principales productores de carbn.

En Espaa los principales yacimientos de hulla y antracita estn en Len, Asturias,

Palencia, Crdoba y Ciudad Real.

En 2006 el carbn supuso el 14,6% del consumo de energa primaria en la UE, el

12,7% en Espaa y en la Comunidad Valenciana prcticamente nulo (Datos del

balance energtico de la Comunidad Valenciana 2006. Datos del AVEN. Agencia

Valenciana de la Energa).

1.3.2.4 Gas natural.

El gas natural consiste en una mezcla de gases, en proporciones variables, pero

donde el metano (CH4) constituye ms del 70 %. Otros gases que pueden estar

presentes en proporciones apreciables son el nitrgeno (N hasta el 20 %), dixido de

carbono (CO2 hasta el 20 %) y etano (C2H6 hasta el 10 %).

Proviene de la degradacin de materia orgnica. En muchos casos va asociado a

yacimientos de petrleo, aunque en otras ocasiones se descubre aislado. El

componente fundamental del gas natural, el metano, tambin puede producirse

artificialmente mediante la fermentacin bacteriana de materia orgnica (por

ejemplo en una depuradora de aguas residuales).


15

El gas natural puede utilizarse tal cual se obtiene del yacimiento (aunque pueden ser

necesarias operaciones de filtrado y secado, sobre todo para aumentar la duracin

de las canalizaciones por donde va a discurrir). El problema principal es su transporte.

Puede hacerse a travs de gasoductos o licuando primero el gas (comprimindolo y

bajando mucho su temperatura), cargando el lquido en un buque metanero y

regasificndolo en el punto de destino. Su uso principal es el de combustible para

proporcionar calor, impulsar turbinas productoras de electricidad o mover motores.

Tambin se emplea como materia prima en la fabricacin de abonos nitrogenados.

En 2003 se consumieron en Espaa 274.490 GWh de gas natural, lo que supone un

crecimiento del 13,3% respecto a las cifras de 2002. El gas natural constituy en 2003

el 15,6% de toda la energa consumida en Espaa. En 1985 esta cifra era nicamente

de un 2%, lo que da una idea del crecimiento que ha tenido en Espaa esta fuente de

energa y su importancia, no slo desde el punto de vista medioambiental, sino

tambin como factor de competitividad de las empresas espaolas.

En 2006 el gas natural supuso el 24,4% del consumo de energa primaria en la UE, el

20,9% en Espaa y el 25,6% en la Comunidad Valenciana (Datos del balance

energtico de la Comunidad Valenciana 2006. Datos del AVEN. Agencia Valenciana de

la Energa).

1.4 Energas renovables.

Las fuentes de energa renovable han sido aprovechadas por el hombre desde hace mucho

tiempo, la navegacin a vela, los molinos de viento o de agua y las disposiciones

constructivas de los edificios para aprovechar el Sol, son buenos ejemplos de ello.

Su empleo continu durante toda la historia hasta la llegada de la Revolucin Industrial, a

mediados del siglo XVIII, en la que la aparicin del carbn, con una densidad energtica

muy superior a la de la biomasa y su menor precio, desplaz a stas.

Posteriormente, el petrleo fue desplazando en muchas aplicaciones al carbn debido a su

mayor limpieza, mayor poder calorfico y su carcter fluido.

En el siglo XX aparece un nuevo recurso, ms limpio y con mayores reservas, el gas natural,

del que se dice ser la energa del siglo XXI, con lo que es de suponer que tambin sufrir

una crisis a lo largo de este siglo.


16

Durante los ltimos aos, y pensando en el futuro agotamiento de las fuentes de energa

fsiles, debido a que muchos pases dependen de stas, el progresivo incremento de su

coste y en los problemas medioambientales derivados de su explotacin, transporte y

consumo, se est produciendo un renacer de las energas renovables.

Las energas renovables son aquellas que se producen de manera continua y son

inagotables a escala humana. Son respetuosas con el medio ambiente, y aunque ocasione

efectos negativos sobre el entorno, son mucho menores que los de las energas

convencionales antes citadas. El impacto medioambiental en la generacin de electricidad

de las energas convencionales es 31 veces superior al de las energas renovables.

El Sol es la fuente de energa de la Tierra, est en el origen de todas las energas renovables,

se recibe en forma de radiacin que retiene la atmsfera y permite que la tierra se

mantenga a una temperatura ms o menos constante posibilitando que haya vida. As, el

calentamiento de la tierra y del agua provoca las diferencias de presin que dan origen al

viento, fuente de la energa elica. El Sol es, a la vez, el agente principal del ciclo del agua,

que convierte la evaporacin de los ocanos en lluvia y, por lo tanto, en el recurso de la

energa hidrulica. El Sol, tambin, es el actor imprescindible del proceso de fotosntesis y

por ello origen principal de la energa que utiliza la biomasa.

El Sol, en definitiva, es fuente de vida y origen de las dems formas de energa que el

hombre ha utilizado desde los albores de la historia, puede satisfacer todas nuestras

necesidades, si aprendemos cmo aprovechar de forma racional la luz que continuamente

derrama sobre el planeta. Ha brillado en el cielo desde hace unos cinco mil millones de

aos, y se calcula que todava no ha llegado ni a la mitad de su existencia.

1.4.1 Desarrollo sostenible, sostenibilidad.

El trmino desarrollo sostenible, se aplica al desarrollo socio-econmico y fue

formalizado en el documento conocido como Informe Brundtland (1987), fruto de los

trabajos de la Comisin Mundial de Medio Ambiente y Desarrollo de Naciones Unidas,

creada en Asamblea de las Naciones Unidas en 1983. Dicha definicin se asumira

Satisfacer las necesidades de las generaciones presentes sin comprometer las

posibilidades de las del futuro para atender sus propias necesidades. El mbito del

desarrollo sostenible puede dividirse conceptualmente en 3 partes; ambiental,

econmica y social. La relacin e interaccin de estos 3 conceptos, nos lleva a

formular que los proyectos a realizar tienen que ser equitativos en cuanto a la


17

sociedad y economa se refiere, tambin tienen que ser viables con el medio

ambiente y la economa de un pas, y tiene que ser soportable por la sociedad y

el medio ambiente. Todo ello nos conduce al trmino de sostenibilidad, como se

puede apreciar en la imagen 1.5, donde mediante un diagrama interactan los

conceptos antes mencionados.

Imagen 1.5 Sostenibilidad.

Como se indica en el principio de conservacin de la energa, la energa ni se crea ni se

destruye, por ello, la utilizacin de la energa del Sol para producir electricidad o calor,

no produce cambios sustanciales en el equilibrio de la Tierra. La idea de conseguir un

desarrollo sostenible desde el punto de vista energtico, pasa por el uso de energas

renovables, es decir, aprovechar el Sol que llega al planeta, lo cual no potenciar el

efecto invernadero, ni acelerar el cambio climtico.

Se denomina efecto invernadero al fenmeno por el cual determinados gases como el

dixido de carbono (CO2), el metano (CH4), vapor de agua (H2O), xidos de nitrgeno

(NOx), ozono (O3) y clorofluorocarbono (los llamados CFCs), que retienen parte de la

energa que el suelo emite por haber sido calentado por la radiacin solar, y afecta a

todos los cuerpos planetarios dotados de atmsfera. La importancia de los efectos de

absorcin y emisin de radiacin en la atmsfera son fundamentales para el desarrollo

de la vida tal y como se conoce. De hecho, si no existiera este efecto la temperatura

media de la superficie de la Tierra sera de unos -22 C, y gracias al efecto invernadero es

de unos 14 C (media mundial).

Desde hace aos el ser humano est produciendo un aumento de los gases de efecto

invernadero, con lo que la atmsfera retiene ms calor y devuelve a la Tierra an ms

energa causando un desequilibrio y un calentamiento global del planeta.


18

1.4.2 Tipos de energa renovable.

Con las energas renovables se pueden obtener las 2 formas de energa ms utilizadas,

calor y electricidad. Los diferentes tipos de energa renovable son:

Energa Elica.

Energa Hidrulica.

Biomasa.

Energa Geotrmica.

Energa Solar.

Ventajas.

Son inagotables a escala humana.

Son respetuosas con el medio ambiente.

No generan residuos peligrosos.

Se pueden instalar en zonas aisladas.

Disminuyen la dependencia de suministros externos.

Inconvenientes.

Producen impactos visuales elevados.

Son variables y no previsibles en su totalidad.

La generacin de este tipo de energas tiene un elevado coste frente las

llamadas energas convencionales.

Otras energas renovables.

Existen otras energas renovables que actualmente estn en desarrollo, como la

generacin de energa a partir de las olas del mar y las corrientes marinas (energa

undimotriz), o el potencial de las mareas (energa maremotriz). Las tecnologas para

estas aplicaciones estn tambin en desarrollo encontrndose en el mercado diferentes

sistemas tecnolgicos:

Sistemas de boyas que flotan en el mar.

Depsitos colocados en la costa que reciben de forma peridica las olas

impulsando aire a una turbina.

Largas estructuras flotantes articuladas que aprovechan al movimiento para

producir electricidad.


19

1.4.2.1 Energa elica.

La energa elica es la energa obtenida de la fuerza del viento, es decir, mediante la

utilizacin de la energa cintica generada por las corrientes de aire. Dicha energa ha

sido aprovechada desde la antigedad para mover los barcos impulsados por velas o

hacer funcionar la maquinaria de molinos al mover sus aspas.

Aproximadamente el 2 % de la energa que llega del Sol se transforma en energa

cintica de los vientos atmosfricos. El Sol provoca en la Tierra las diferencias de

presin que dan origen a los vientos. La energa del viento se deriva del

calentamiento diferencial de la atmsfera y las irregularidades de la superficie

terrestre.

Las zonas ms propias para la instalacin de parques elicos son aquellas reas

expuestas a vientos frecuentes, as como las comarcas costeras y las grandes estepas.

Para poder aprovechar la energa elica es importante conocer las variaciones

diurnas, nocturnas y estacionales de los vientos, la variacin de la velocidad del

viento con la altura sobre el suelo, valores mximos y mnimos ocurridos, etc.

El dispositivo capaz de realizar la conversin de la fuerza del viento en electricidad es

el aerogenerador, que consiste en un sistema mecnico de rotacin provisto de palas

aerodinmicas, y de un generador elctrico con el eje solidario al sistema motriz, de

forma que el viento hace girar ambos sistemas. En la actualidad existen 2 tipos de

aerogeneradores, con eje horizontal o eje vertical, siendo el primero el ms utilizado,

como los de la imagen 1.6.


20

Imagen 1.6 Parque elico (aerogeneradores).

Usos.

Bombeo de agua.

Electrificacin rural.

Demandas de pequea potencia.

Puede utilizarse para autoconsumo.

Pueden agruparse varios aerogeneradores y formar parques elicos

conectados a la red elctrica.

Ventajas.

Es una energa limpia, no contamina.

No produce gases txicos.

La tecnologa necesaria para instalarla es sencilla.

Los espacios ocupados permiten la actividad agrcola.

Inconvenientes.

Impacto visual.

Repercute sobre la fauna y la flora. La avifauna se ve afectada por el choque

de las aves contra las aspas de los molinos, modificando el comportamiento

habitual de migracin y nidacin.

Impacto sonoro ocasionado por el ruido del giro del rotor.

Puede causar interferencias en los medios de comunicacin.


21

1.4.2.2 Energa hidrulica.

Se denomina energa hidrulica o energa hdrica a aquella que se obtiene del

aprovechamiento de las energas cintica y potencial del agua, como se puede ver en

la imagen 1.7.

Ya desde la antigedad se reconoci que el agua que fluye desde un nivel superior a

otro inferior posee una determinada energa cintica susceptible de ser convertida

en trabajo, como lo demuestran los miles de molinos que a lo largo de la historia

fueron construyndose a orillas de los ros.

Tiene su origen en el ciclo del agua, generado por el Sol. ste, evapora las aguas de

los mares, lagos, etc. Esta agua cae en forma de lluvia y nieve sobre la tierra y vuelve

hasta el mar donde el ciclo se reinicia.

La energa hidroelctrica es una de las energas ms rentables. Aunque los costes

iniciales son bastante elevados, por contra, los gastos de explotacin y

mantenimiento son relativamente bajos. Las centrales hidroelctricas transforman

en energa elctrica el movimiento de las turbinas que se genera al precipitar una

masa de agua entre dos puntos a diferente altura.

La ubicacin de las centrales hidroelctricas requieren de una serie de

condicionantes como pluviosidades medias anuales favorables, y que el lugar de

emplazamiento queda supeditado a las caractersticas y configuracin del terreno

por donde discurre la corriente de agua.

El impacto medioambiental de las grandes presas, por la alteracin del paisaje e

incluso, la induccin de un microclima diferenciado en su emplazamiento, ha

desmerecido la bondad ecolgica de este concepto en los ltimos aos.

Recientemente se estn realizando centrales mini hidroelctricas que, aprovechando

lugares donde no se puede hacer un gran embalse, se benefician de los progresos

tecnolgicos, logrando un rendimiento y una viabilidad econmica razonables,

adems de ser catalogada como energa renovable mucho ms respetuosa con el

ambiente.

Segn la legislacin espaola, una central se considera minihidrulica si tiene una

potencia instalada menor o igual a 10 MW de potencia.


22

Imagen 1.7 Presa y central hidrulica.

Ventajas.

No contamina ni emite gases contaminantes.

Es muy abundante.

Produce trabajo a temperatura ambiente.

Tiene una doble funcin. Crear energa y permite el aprovechamiento y

almacenamiento de agua para regados.

Inconvenientes.

Infraestructura costosa.

Depende de los factores climticos.

Impacto medioambiental.

Pueden crear obstculos a la emigracin de ciertos peces.

1.4.2.3 Biomasa.

Biomasa (masa biolgica) es el conjunto de materia generada a partir del proceso de

fotosntesis o en la cadena biolgica. La biomasa energtica tambin se define como

el conjunto de la materia orgnica, de origen vegetal o animal, incluyendo los

materiales procedentes de su transformacin natural o artificial. Toda materia

orgnica es potencialmente una fuente de energa y su aprovechamiento puede

proporcionar agua caliente, calefaccin, combustible e incluso energa elctrica.

La biomasa es la nica fuente renovable que se puede almacenar, lo que la diferencia

de la energa solar, elica y otras fuentes que necesitan acumuladores artificiales

como bateras. La energa de biomasa que produce la madera, los residuos agrcolas y


23

el estircol, contina siendo la fuente principal de energa de muchas zonas en vas

de desarrollo.

La fuente de la biomasa son las plantas, que necesitan del Sol para poder realizar la

fotosntesis. Es una energa renovable con mucho potencial, ya que la fotosntesis

permite convertir la energa solar en materia orgnica de la que se obtienen

combustibles.

Se encuadran dentro de las energas renovables porque mientras puedan cultivarse

los vegetales que las producen, no se agotarn, pero es una energa renovable

contaminante debido a que en la combustin se producen emisiones de CO2. El uso

de biomasa o de sus derivados puede considerarse neutro en trminos de emisiones

netas si slo se emplea en cantidades a lo sumo iguales a la produccin neta de

biomasa del ecosistema que se explota.

Imagen 1.8 Generacin de biomasa.

Fuentes de la biomasa (imagen 1.8):

Residuos de industrias forestales: ramas, cortezas, races, etc., cuyo origen

proviene del mantenimiento y mejora de montes y masas forestales.

Residuos agrcolas: paja de cereal, ramas obtenidas tras la poda de frutales y

viedos.

Residuos de industrias agrcolas y agroalimentarias: son residuos orgnicos

que, en grandes cantidades, eliminan empresas de conservas vegetales,

productos de aceites y vinos, frutos secos, etc.


24

Residuos biodegradables: residuos que se transforman mediante

degradacin anaerobia para convertirse en estado gaseoso.

Ventajas.

El balance de CO2 emitido a la atmsfera es neutro.

El aprovechamiento energtico supone convertir un residuo en un recurso.

Inconvenientes.

Impacto visual negativo en la construccin de centrales.

El rendimiento de las calderas de biomasa es inferior a los de las que usan

combustible fsil.

Para conseguir un buen aporte energtico se necesita gran cantidad de

biomasa y por lo tanto ocupar grandes extensiones de tierra en el caso del

cultivo energtico.

Por tanto, con la biomasa, a partir de aceites, alcoholes, residuos, madera, etc., se

obtiene biocarburantes como el biodiesel (sustitutivos del diesel) y bioetanol

(sustitutivos de la gasolina), biogs y combustible para calefaccin.

Actualmente se estudian tambin ciertas especies vegetales que permiten realizar

cultivos energticos, es decir, las cosechas estarn destinadas exclusivamente a su

uso energtico, incluso se estudia el aprovechamiento de las algas marinas.

1.4.2.4 Energa geotrmica.

La energa geotrmica es aquella energa que se obtiene mediante la extraccin y

aprovechamiento del calor del interno de la Tierra. Este calor permanente se origin

en los primeros momentos de formacin del planeta y se transmite por conduccin

trmica hasta la superficie. Se manifiesta por medio de procesos geolgicos como

volcanes, giseres que expulsan agua caliente y aguas termales. Segn la

temperatura del agua, los yacimientos se pueden clasificar en:

Energa geotrmica a altas temperaturas, para temperaturas comprendidas

entre 150 y 400C se produce vapor suficiente para mover una turbina y

producir electricidad como hemos visto en casos anteriores.

Energa geotrmica a temperaturas medias, para temperaturas

comprendidas entre 70 y 150C, la conversin vapor electricidad se realiza


25

con un menor rendimiento. Tambin se utiliza en sistemas urbanos para

abastecer de calefaccin y agua caliente.

Energa geotrmica a baja temperatura, para temperaturas comprendidas

entre 20 y 70C, sta energa se utiliza para calefaccin y agua caliente de uso

domestico, donde el usuario tiene su propia instalacin.

Los mrgenes entre los diferentes tipos de energas geotrmicas son un tanto

arbitrarios, pero si se trata de producir electricidad con un rendimiento aceptable, la

temperatura mnima estar entre 120 y 180C.

A partir de cierta profundidad, la temperatura de la Tierra no sufre cambios bruscos,

este efecto es aprovechado para fines trmicos en sistemas basados en bomba de

calor, captando la energa mediante una red de tubos enterrados, ya sea en el plano

horizontal, o bien mediante una captacin en vertical a profundidades mayores,

como la instalacin realizada en la Universidad Politcnica de Valencia (como se

puede ver en la imagen 1.9).

Imagen 1.9 Instalacin geotrmica en la Universidad Politcnica de Valencia (Escuela

Tcnica Superior de Ingeniera Industrial).

Usos.

Calefaccin y agua caliente.

Electricidad.

En balnearios, aguas termales que tienen aplicaciones para la salud.


26

Agricultura y acuicultura, para invernaderos y criaderos de peces.

Ventajas.

No hay cambios bruscos de temperatura en el foco de captacin de energa.

Los residuos que pueden producir son mnimos.

Es una fuente que evitara la dependencia energtica del exterior.

Inconvenientes.

Contaminacin trmica.

Deterioro del paisaje.

Emisin de cido sulfhdrico (H2S) y de CO2.

Posible contaminacin de aguas prximas con sustancias como arsnico (As)

y amonaco (NH3).

No se puede transportar.

1.4.2.5 Energa solar.

La energa solar es la energa producida por el Sol. El rendimiento que el hombre

puede hacer de la energa solar es variado. En este sentido, dentro de la energa solar

hay que diferenciar 2 bloques, la energa solar pasiva y la activa. La diferencia es que

la pasiva aprovecha la energa solar sin utilizar ningn sistema de conversin o

transferencia de energa, como pueden ser las viviendas o los invernaderos, mientras

que la energa solar activa s utiliza elementos de conversin. Dentro de la energa

solar activa, se incluira la energa solar trmica, aquellos sistemas que aprovechan la

energa del Sol para una demanda energtica de calor y la energa solar fotovoltaica,

aquella que convierte la luz del Sol en electricidad.

Ventajas.

Escaso impacto ambiental.

No produce residuos ni gases contaminantes para el medio ambiente.

Distribuida por todo el mundo.

No hay dependencia de las compaas suministradoras.

Inconvenientes.

Precisan sistemas de acumulacin o bateras (que contienen agentes

qumicos peligrosos).


27

Puede afectar a los ecosistemas por la extensin que ocupan grandes

instalaciones.

Impacto visual negativo si no se cuida la integracin de los mdulos o

captadores en el entorno.

Durante el presente ao, el Sol arrojar sobre la Tierra 4000 veces ms energa de la

que vamos a consumir.

1.5 Tipos de energa solar, radiacin solar y movimiento del Sol.

1.5.1 Tipos de energa solar.

Dentro de los mltiples usos que tiene la energa solar, y segn el aprovechamiento que

se va a realizar de la radiacin incidente del Sol en la Tierra, la energa solar se puede

clasificar en 3 grupos a la hora de trabajar.

Energa solar directa, es la energa del Sol sin transformar, que calienta e

ilumina y no necesita sistemas de captacin y almacenamiento. Se utiliza

mucho en la construccin, mediante acristalamientos y otros elementos

arquitectnicos con elevada masa y capacidad de absorcin de energa, es la

llamada energa solar pasiva.

Energa solar trmica, consiste en aprovechar la energa del Sol para producir

calor. La radiacin del Sol se transforma en calor mediante el uso de colectores

o paneles solares trmicos, que calientan un fluido termoportador que circula

por unos tubos en el interior de los captadores solares.

Las aplicaciones son muy variadas, pero las ms extendidas con este tipo de

tecnologa son, agua caliente sanitaria (ACS, ver imagen 1.10), apoyo

calefaccin y calefaccin por suelo radiante.


28

Imagen 1.10 Instalacin solar trmica de ACS.

Energa solar fotovoltaica, que permite transformar en electricidad la

radiacin del Sol, por medio de clulas fotovoltaicas integrantes en mdulos o

paneles fotovoltaicos solares (como en la imagen 1.11). Esta electricidad se

puede utilizar de manera directa, almacenndola en acumuladores para un uso

posterior, o se puede introducir o inyectar en la red de distribucin elctrica.

sta ltima, es la que ha tenido un mayor auge en los ltimos aos en Espaa y

es una de las energas renovables con mayores posibilidades.

Imagen 1.11 Instalacin Fotovoltaica.


29

1.5.2 Radiacin Solar.

El Sol es una estrella que se encuentra a una temperatura media de 5600 C, en cuyo

interior tienen lugar una serie de reacciones que producen una prdida de masa que se

transforma en energa. Esta energa liberada del Sol se transmite al exterior mediante la

denominada Radiacin Solar.

La radiacin en el Sol es 63.450.720 W/m2. Si suponemos que el Sol emite en todas las

direcciones y construimos una esfera que llegue a la atmsfera terrestre, es decir, que

tenga un radio de la distancia de 146,9 millones de Km podremos determinar cual es la

radiacin en este punto. Este valor de la radiacin solar recibida fuera de la atmsfera

sobre una superficie perpendicular a los rayos solares es conocida como constante solar

(1.353 W/m2), variable durante todo el ao un 3 % a causa de la elipticidad de la rbita

terrestre.

A la Tierra slo llega aproximadamente 1/3 de la energa total interceptada por la

atmsfera, y de ella el 70% cae al mar. An as, es varios miles de veces el consumo

energtico mundial.

La radiacin solar engloba los trminos irradiancia e irradiacin.

Irradiancia, es la densidad de potencia incidente en una superficie o la energa

incidente en una superficie por unidad de tiempo y unidad de superficie. Se

mide en kW/m2.

Irradiacin, es la energa incidente en una superficie por unidad de superficie y

a lo largo de un cierto perodo de tiempo. Se mide en kWh/m2.

Tipos de Radiacin Solar.

En funcin de cmo inciden los rayos en la Tierra se distinguen 3 componentes de la

radiacin solar (ver imagen 1.12):

Directa, es la recibida desde el Sol sin que se desve en su paso por la

atmsfera.

Difusa, es la que sufre cambios en su direccin principalmente debidos a la

reflexin y difusin en la atmsfera.

Albedo, es la radiacin directa y difusa que se recibe por reflexin en el suelo u

otras superficies prximas.


30

Aunque las 3 componentes estn presentes en la radiacin total, la radiacin directa es

la mayor y ms importante en las aplicaciones fotovoltaicas.

Imagen 1.12 Tipos de radiacin solar.

Proporciones de Radiacin.

Las proporciones de radiacin directa, difusa y albedo que recibe una superficie

depende de:

Condiciones meteorolgicas, en un da nublado la radiacin es prcticamente

difusa, mientras que en uno soleado es directa.

Inclinacin de la superficie respecto al plano horizontal, una superficie

horizontal recibe la mxima radiacin difusa y la mnima reflejada.

Presencia de superficies reflectantes, las superficies claras son las ms

reflectantes por lo que la radiacin reflejada aumenta en invierno por el efecto

de la nieve.

1.5.3 Movimiento del Sol.

El Sol dibuja trayectorias diferentes segn la estacin del ao. En invierno, la altura del

Sol es inferior a la altura de verano como se puede observar en la imagen 1.13, lo que

hace que las sombras que producen los objetos (casas, edificios, rboles, etc.) sean

diferentes en unas estaciones que en otras. Para conocer el movimiento del Sol se

utilizar un sistema de coordenadas con dos ngulos, que permite saber en cada

momento donde se encuentra.

Altura solar, es el ngulo formado por la posicin aparente del Sol en el cielo

con la horizontal del lugar.


31

Azimut solar, es el ngulo horizontal formado por la posicin del Sol y la

direccin del verdadero sur.

Para obtener el azimut y la altura solar, se utilizan unas tablas que definen dichas

coordenadas en funcin del da del ao, de la hora solar y de la latitud, con las que se

puede saber la posicin del Sol en cada momento lo que permite calcular las sombras

que producen los objetos en determinados momentos, o puede ayudar a programar un

sistema de seguimiento solar. Para conseguir la mayor produccin de una instalacin

interesa que los paneles solares estn en todo momento perpendiculares a los rayos

solares.

Imagen 1.13 Movimientos del Sol.

1.6 Energa solar fotovoltaica.

Consiste en la conversin directa de la luz solar en electricidad mediante un dispositivo

electrnico denominado clula solar. La conversin de la energa de la luz solar en

energa elctrica es un fenmeno fsico conocido como efecto fotovoltaico. La radiacin

solar es captada en los paneles fotovoltaicos generando energa elctrica en forma de

corriente continua. La tecnologa fotovoltaica permite realizar instalaciones que alimenten

sistemas alejados de la red de distribucin. En las instalaciones conectadas a red, esta

energa es transformada en corriente alterna mediante un equipo denominado inversor y

vertida a la red elctrica de distribucin en el punto de conexin.

1.6.1 Aplicaciones.

Generalmente es utilizada en zonas excluidas de la red de distribucin elctrica o de

difcil acceso a ella, pudiendo trabajar de forma independiente o combinada con

sistemas de generacin convencionales. Sus principales aplicaciones son:


32

Electrificacin de sistemas de bomba de agua, repetidores de TV y telefona,

etc.

Electrificacin de edificios aislados, pequeo alumbrado, pequeos

electrodomsticos.

Alumbrado pblico, aparcamientos, reas de descanso, etc.

Balizado y sealizacin martimo, viales, antenas, etc.

Conexin a la red elctrica de pequeas, medianas y grandes centrales

elctricas, que permiten disminuir las prdidas en la red o permiten

beneficiarse de ella econmicamente.

sta ltima aplicacin es la que est generando actualmente el mayor desarrollo de esta

energa, ya que se vende la energa vertida a la red con un precio muy atractivo y por

ello se estn haciendo grandes inversiones.

1.6.2 Ventajas e inconvenientes.

Son mltiples las ventajas de la energa solar fotovoltaica frente los inconvenientes.

Ventajas.

No produce polucin ni contaminacin ambiental.

Silenciosa.

Tiene una vida til Superior a 25 aos.

Resistente a condiciones climticas extremas: granizo, viento, lluvia, etc.

Distribuida por todo el mundo.

No requiere mantenimiento complejo (limpieza del mdulo y estado bateras).

Se puede aumentar la potencia instalada.

No consume combustible.

Inconvenientes.

Impacto visual negativo si no se cuida su integracin en el ambiente.

Para instalaciones autnomas que precisan de sistemas de acumulacin

(bateras) que contienen agentes qumicos peligrosos.


33

1.6.3 Situacin del sector fotovoltaico: (UE/Espaa).

En estos momentos los compromisos del Protocolo de Kyoto de reduccin de emisiones

de gases de efecto invernadero conllevan no slo un mayor uso eficiente de la energa

sino tambin el impulso de las energas renovables. Con el objetivo de buscar estos

mismos propsitos en 1999 Espaa aprob el Plan de Fomento de las Energas

Renovables, que establece mecanismos no solo de eficiencia y ahorro de energa para

reducir el consumo energtico sino tambin para conseguir que las energas renovables

alcancen el 12 por ciento en la demanda de la energa primaria en el 2010. Esta cifra es

una de las finalidades establecidas por el Libro Blanco de la Comisin Europea respecto

al consumo de energas renovables. Si se consigue una mayor implantacin, las energas

renovables nos ofrecern la ventaja de no hipotecar nuestro futuro medioambiental y

continuar garantizando nuestro consumo.

Desde el Instituto para la Diversificacin y Ahorro de la Energa (IDAE) se asegura que

Espaa, gracias a su emplazamiento geogrfico, dispone de una privilegiada radiacin

solar y cuenta, por tanto, con un enorme potencial para el aprovechamiento energtico

de este recurso que nos proporciona la Naturaleza. Se estima que nuestro pas recibe

por cada metro cuadrado de suelo unos 1500 kilovatios-hora de energa cada ao. Un

panorama inmejorable y prueba de ello son las innumerables instalaciones que se estn

llevando a cabo en nuestro pas.

La generacin de electricidad con energas renovables super en el ao 2007 a la de

origen nuclear, con una generacin de 61.951 gigavatios/hora (GWh), lo que supuso el

19,8% de la produccin elctrica de Espaa, frente al 17,7% de la electricidad de origen

nuclear, segn datos avanzados del IDAE en la presentacin del 'Balance Energtico de

Espaa 2007 y Perspectivas 2008'.

An as, Espaa no es el pas de la Unin Europea con mayor nmero de instalaciones

fotovoltaicas conectadas, sino que es Alemania, pese a que Espaa tiene mejores

condiciones climatolgicas y mayor nmero de horas solares productivas. La potencia

total instalada en Europa durante el ao 2006 se puede observar en la imagen 1.14.


34

Imagen 1.14 Potencia instalada en 2006 (MWp).

Y la potencia total acumulada hasta el ao 2006 se puede ver en la imagen 1.15:

Imagen 1.15 Potencia instalada acumulada hasta el ao 2006.

En cuanto a la fabricacin Mundial de Clulas Fotovoltaicas (imagen 1.16), se distinguen

3 grandes potencias, China con 28%, Europa con un 27% y Japn con un 22% de la

produccin mundial. A nivel Europeo, Alemania es la principal fabricante de Clulas con

un 76% de la produccin, mientras que Espaa se sita con un 11% de la produccin

europea.


35

Imagen 1.16 Fabricacin mundial y europea de clulas fotovoltaicas.

Con el fin de cumplir y apoyar los objetivos anteriormente descritos, en el cdigo tcnico

de la edificacin (CTE), se recogen las exigencias que los edificios de nueva construccin

(a partir del 2007), dependiendo del uso del edificio, tendrn que cubrir ciertas

necesidades energticas mediante el uso de energas renovables o limpias.

1.6.4 Cdigo Tcnico de la Edificacin (CTE).

El CTE es el marco normativo que establece las exigencias que deben cumplir los

edificios. Entre las exigencias bsicas se encuentran las correspondientes al Documento

Bsico HE Ahorro de Energa, seccin HE-5 que regula la incorporacin de captadores

de energa solar fotovoltaica. En determinados edificios se incorporarn sistemas de

captacin y transformacin de energa solar en energa elctrica por procedimientos

fotovoltaicos para uso propio o suministro a la red.

La potencia mnima exigida depender de:

Zona climtica donde se ubique la instalacin.

Superficie construida.

Tipo de uso del edificio (ver tabla 1.5).

Teniendo en cuenta estos factores, la potencia pico a instalar se calcular mediante la

siguiente ecuacin:

( ) ( )pP kW C A S B


36

Siendo:

P = Potencia pico a instalar (kWp).

A y B = Coeficientes de uso (ver tabla 1.6).

C = Coeficiente climtico (ver tabla 1.7 e imagen 1.17).

S = Superficie construida (m2).

La potencia mnima instalada ser de 6,25 kWp, prevaleciendo este valor sobre el

resultado de esta expresin.

mbito de aplicacin

Tipo de Uso Lmite de Aplicacin

Hipermercado 5.000 m2 construidos

Multitienda y centros de ocio 3.000 m2 construidos

Nave de almacenamiento 10.000 m2 construidos

Administrativos 4.000 m2 construidos

Hoteles y hostales 100 plazas

Hospitales y clnicas 100 camas

Pabellones de recintos feriales 10.000 m2 construidos

Tabla 1.5 mbito de aplicacin.

Coeficientes de uso

Tipo de Uso A B

Hipermercado 0,001875 -3,13

Multitienda y centros de ocio 0,004688 -7,81

Nave de almacenamiento 0,001406 -7,81

Administrativos 0,001223 1,36

Hoteles y hostales 0,003516 -7,81

Hospitales y clnicas 0,000740 3,29

Pabellones de recintos feriales 0,001406 -7,81

Tabla 1.6 Coeficientes de Uso.


37

Coeficiente climtico

Zona climtica C

I 1

II 1,1

III 1,2

IV 1,3

V 1,4

Tabla 1.7 Coeficiente climtico.

Imagen 1.17 Coeficiente climtico. Ubicacin instalacin.

Fundamentos fsicos

39

2. FUNDAMENTOS FSICOS.

2.1 Efecto fotovoltaico.

La conversin directa de la energa solar en energa elctrica se debe a la interaccin de la

radiacin luminosa con los electrones en los materiales semiconductores, fenmeno

conocido como efecto fotovoltaico o efecto fotoelctrico.

Fue descubierto por Heinrich Hertz en 1887, pero la explicacin terica fue descrita por

Albert Einstein en 1905, en la cual bas su formulacin de la fotoelectricidad. Obtuvo el

Premio Nobel de Fsica en 1921 por este efecto. Este proceso se consigue con algunos

materiales que tienen la propiedad fsica de absorber fotones y emitir electrones, y se

produce con la excitacin de un material semiconductor, como por ejemplo el silicio, por la

incidencia de la radiacin solar, provocando el movimiento de los electrones del material

por el interior del mismo, movimiento que es transformado en corriente elctrica continua

cuando se cierra el circuito.

2.2 Propiedades de los materiales.

La materia est constituida por tomos, que tienen dos partes bien diferenciadas:

Ncleo, formado por protones (carga elctrica positiva) y neutrones (sin carga

elctrica).

Electrones, carga elctrica negativa.

Los electrones giran alrededor del ncleo en distintas bandas de energa y compensan la

carga positiva de ste, formando un conjunto estable y elctricamente neutro. Los

electrones de la ltima capa se llaman electrones de valencia, y se interrelacionan con otros

similares formando una red cristalina como se puede ver en la imagen 2.1, para el caso del

silicio (Si).

Fundamentos fsicos

40

Imagen 2.1 Red cristalina del Silicio (Si).

Por sus propiedades elctricas, existen 3 tipos de materiales:

Conductores. Los electrones de valencia estn poco ligados al ncleo y pueden

moverse con facilidad dentro de la red cristalina con un pequeo agente externo.

Semiconductores. Los electrones de valencia estn ms ligados al ncleo pero

basta una pequea cantidad de energa para que se comporten como conductores

Aislantes. Tienen una configuracin muy estable, con los electrones de valencia

muy ligados al ncleo, la energa necesaria para separarlos de ste es muy grande.

Los materiales ms utilizados en las clulas fotovoltaicas son los semiconductores.

2.3 Materiales semiconductores.

La energa que liga a los electrones de valencia con su ncleo es similar a la energa de los

fotones (partculas que forman los rayos solares). Cuando la luz solar incide sobre el

material semiconductor, se rompen los enlaces entre ncleo y electrones de valencia, que

quedan libres para circular por el semiconductor. El lugar que deja el electrn al

desplazarse se le llama hueco y tiene carga positiva (mismo valor que el electrn pero de

signo cambiado).

Los materiales semiconductores tienen los electrones de su capa de valencia ms ligados al

ncleo, si los comparamos con los materiales conductores, pero al tener la propiedad de

poder absorber fotones, les hace comportarse como si fuesen materiales conductores. Si

manipulamos los materiales semiconductores, insertndoles impurezas, conseguimos

Fundamentos fsicos

41

acelerar el proceso. Para poder elegir el semiconductor idneo, tenemos que tener en

cuenta el ancho de banda prohibido.

El material ms utilizado en la fabricacin de clulas solares es el silicio (Si), que tiene

cuatro electrones de valencia. Para crear un campo elctrico en este tipo de semiconductor

se unen dos regiones de silicio tratadas qumicamente (unin p-n).

2.4 Unin p-n.

El fundamento de la corriente elctrica interna est en la existencia de 2 zonas de

conductividades diferentes denominadas p y n en el material que constituye las clulas.

Estas zonas se logran aadiendo impurezas en el silicio (dopaje del silicio).

Para conseguir un semiconductor de silicio tipo n, se sustituyen algunos tomos del silicio

por tomos de fsforo (P), que tienen cinco electrones de valencia. Como se necesitan

cuatro electrones para formar los enlaces con los tomos contiguos, queda un electrn

libre.

De forma anloga, si se sustituyen tomos de silicio por tomos de boro (B), que tienen tres

electrones de valencia, se consigue un semiconductor tipo p, al formar los enlaces, falta

un electrn, o dicho de otra forma, hay un hueco disponible.

Para conseguir una unin p-n se pone en contacto una superficie de semiconductores

tipo n con la de un semiconductor tipo p.

Los electrones libres del material tipo n, tienden a ocupar los huecos d

Proyecto "Instalación solar fotovoltaica sobre cubierta industrial de conexión a red"

Documents

Transcript of Proyecto "Instalación solar fotovoltaica sobre cubierta industrial de conexión a red"