Energías Renovables

Aquellas energías periódicamente disponibles y técnicamente aprovechables para la producción de trabajo útil constituyen las llamadas energías renovables. Las principales son:

• Energía solar
• Energía hidráulica
• Energía eólica

Otras:

• Biomasa
• Energía mareomotriz
• Energía geotérmica

Estas energías pueden clasificarse en dos grandes tipos: las que permiten obtener directamente electricidad (solar fotovoltaica, hidráulica, eólica y mareomotriz) y las utilizadas para producir calor (solar térmica, biomasa y geotérmica). Todas ellas comparten una serie de características que las hacen muy interesantes:

• Son gratuitas: ¿Cuánto cuesta calentar agua al sol?
• Tienen bajo impacto ambiental: ¿Qué emisiones a la atmósfera o qué residuos tiene un aerogenerador?
• No se agotan: ¿Cuándo dejará de brillar el sol?
• Son autóctonas: ¿Hay algún país que no tenga agua, sol o viento?
• Compensan desigualdades: Los países menos desarrollados suelen disponer de un mayor potencial de energía renovable.

Sin embargo, existen dos importantes inconvenientes: están dispersas y son energías esporádicas.

Energía Solar

El carbón, el gas o el petróleo son, en definitiva, energía solar fósil acumulada a lo largo de millones de años.

El sol, a pesar de estar a 150 millones de km, es la principal fuente natural de energía. Con un diámetro de 1.400.000 km, proyecta al universo radiación electromagnética producida por la fusión nuclear del hidrógeno.

La mayor parte de la radiación solar ultravioleta es absorbida en la zona exterior de la atmósfera por la capa de ozono.

Si la radiación solar tiene que atravesar un vidrio, se pierde igualmente una cierta cantidad de energía.

Técnicas de Aprovechamiento de la Energía Solar

El método por excelencia para captar la energía solar lo inventó la naturaleza hace millones de años: la fotosíntesis, proceso químico de mayores proporciones en la Tierra, gracias al cual se genera vida vegetal a través de la conversión de la materia inorgánica en orgánica con ayuda de la energía solar.

Dejando a un lado la energía solar indirecta (carbón, petróleo, eólica, hidráulica, biomasa), los sistemas más importantes de aprovechamiento directo de la energía solar son: la arquitectura solar pasiva, la energía solar a baja temperatura, la energía solar a media y alta temperatura y la conversión fotovoltaica.

Arquitectura Solar Pasiva

Consiste en aplicar algunos principios físicos sencillos junto con unas técnicas de construcción adecuadas para conseguir un mejor aislamiento térmico, una mejor circulación del aire, una mayor acumulación de calor o una mayor captación de la radiación solar.

Energía Solar a Baja Temperatura

Mediante un panel por el que circula un fluido, en general agua, se puede elevar la temperatura hasta un valor razonable al someterlo a la radiación solar.

En el proceso de cálculo de este tipo de instalaciones hay que tener presentes los siguientes factores:

• Climatología de la zona: Han de conocerse los valores diarios de la temperatura media ambiente y de la radiación solar media de la zona o provincia.
• Latitud geográfica: Los rayos solares inciden con diferente inclinación según la latitud de la Tierra.
• El ángulo de inclinación de los paneles en relación al suelo: Dependerá del uso que se quiera hacer de la energía solar.
• Aspectos técnicos: Tipos de paneles, duración, almacenamiento, aporte de energía auxiliar, coeficientes de pérdidas, conexión, etc. Uno de los datos más importantes que normalmente suelen dar los fabricantes es la curva de rendimiento del panel, a partir de la cual puede conocerse el porcentaje de aprovechamiento de la energía que incide perpendicularmente en él.

Por otro lado, los paneles solares no están horizontales y, como el valor de la radiación suele darse sobre un plano horizontal, hay que aplicar un factor corrector.

• Aspectos económicos: Existen diferentes variantes técnicas en la instalación que hay que estudiar en función de su coste económico.
• Características del consumo: Existen tablas en las que aparecen consumos medios para diferentes actividades.

Energía Solar a Media y Alta Temperatura

Si, mediante dispositivos ópticos, se concentran los rayos solares en superficies menores, pueden lograrse temperaturas superiores a las alcanzadas en los paneles solares ordinarios.

La tecnología de temperatura media, entre 100 °C y 300 °C, suele utilizar colectores de tipo cilíndrico-parabólico que, mediante un espejo reflectante, concentran los rayos en tubos por los que circula el fluido caloportador.

Conversión Fotovoltaica

Cuando la luz incide sobre algunos materiales especiales, se produce una corriente eléctrica. Es decir, mediante el llamado efecto fotovoltaico se transforma energía luminosa en energía eléctrica. Para aprovechar esta característica se elaboran pequeñas células que se conectan entre sí para constituir los paneles solares fotovoltaicos.

Los módulos fotovoltaicos tienen unas curvas de funcionamiento en las que se aprecian la tensión y la intensidad de corriente que suministran según la radiación solar que incide sobre ellos.

Energía Hidráulica

La energía cinética que puede adquirir el agua de los ríos en ciertos puntos del terreno con suficiente desnivel puede transformarse en movimiento mecánico.

Funcionamiento de una Central Hidroeléctrica

Todas las centrales parten del aprovechamiento de la energía potencial del agua que se encuentra almacenada en embalses situados a mayor altura que el cauce del desagüe.

El cálculo de la potencia que puede suministrar una central depende de muchos factores: la altura del desnivel que ha de salvar el agua en su caída, el caudal, las pérdidas debidas al rozamiento del agua en las paredes del conducto, el tipo y el rendimiento de la turbina y el generador empleados, la geometría de los conductores, etc.

Turbinas Hidráulicas

El tipo y la forma de una turbina hidráulica depende de la cantidad de agua y de la velocidad con la que incide. Para centrales con grandes alturas se utiliza la turbina Pelton, mientras que en alturas de caída menor se emplean las turbinas Francis y Kaplan.

Las turbinas de agua pueden lograr rendimientos de hasta el 90 % y cada unidad puede suministrar hasta 700.000 kW. Normalmente, las centrales eléctricas disponen de varias turbinas.

Energía Eólica

Del total de la energía solar absorbida por la Tierra, el 20 % se queda en la atmósfera. Parte de esta energía se transforma en energía cinética: vientos y corrientes marinas.

Sistemas Técnicos para Aprovechar la Energía Eólica

A lo largo de la historia se ha venido utilizando esta energía en las diferentes actividades humanas.

Últimamente se han desarrollado sistemas que transforman la energía del viento en energía eléctrica. Son los llamados aerogeneradores y son de diferentes tipos.

Otras Energías Renovables

Energía del Oleaje y de las Mareas

La energía de las corrientes marinas es más de posibilidad que una realidad; sin embargo, la energía de las mareas y de las olas es algo técnicamente posible y ya están funcionando sistemas que la aprovechan.

Energía de la Biomasa

La materia vegetal o biomasa es un almacén de energía solar que ha sido acumulada gracias a la fotosíntesis. Las fuentes de la biomasa que se pueden utilizar con fines energéticos son:

• Los residuos orgánicos fermentables
• Los cultivos agroenergéticos
• Los aprovechamientos de plantas acuáticas

Existen diferentes métodos para obtener energía de la biomasa: desde el cultivo de especies vegetales específicas para la producción de energía, pasando por el aprovechamiento de los residuos orgánicos urbanos o industriales, hasta el aprovechamiento de subproductos agrarios. El biogás está compuesto de diferentes gases con un porcentaje muy alto de metano. Aproximadamente, el biogás tiene un poder energético de 8 kWh/m³ = 6.900 kcal/m³.