El blog de las Energías Renovables

Artículos de 09 - 2008

Ya hemos hecho alusión en artículos anteriores a diferentes técnicas de introducir nuevas tecnologías energéticas especialmente las renovables, así como distintas formas de mejorar la eficiencia del edificio en cuestión.

La Integración fotovoltaica en edificios (BIPV-Building Integrated Photovoltaics) es la sustitución de materiales tradicionales de envolventes del edificio o cubiertas, por nuevos elementos arquitectónicos fotovoltaicos y que por tanto son generadores de energía, y que además cumplen con los requisitos en cuanto a robustez, seguridad, comportamiento térmico, etc.

La tecnología solar fotovoltaica genera energía en el mismo sitio donde se consume sin que haga falta la aportación de ningún combustible externo. La integración de este tipo de tecnologías en el espacio urbano hace posible sacarle el máximo provecho por ser la única tecnología renovable que actualmente podría instalarse de forma masiva en un entorno urbano como el de las grandes ciudades.

En septiembre de 2006 entró en vigor el nuevo Código Técnico de Edificación (CTE), el primer documento legislativo que obliga a la utilización de la tecnología fotovoltaica en cierto tipo de edificios. Las especificaciones correspondientes se recogen en el documento HE 5 de dicho código.

La utilización de los módulos fotovoltaicos vidrio-vidrio como nuevos elementos de construcción optimiza la implementación del CTE aportando soluciones para el cumplimiento de los siguientes documentos del CTE:

• HE 5: contribución FV mínima de energía eléctrica
• HE 1: limitación de demanda energética mediante el efecto de protección solar de los módulos FV, lo que puede reducir significativamente la carga térmica de los edificios sin elementos de sombreado adicionales.

Las instalaciones FV integradas en edificios (BIPV) mediante vidrios fotovoltaicos como cerramiento, proporciona una multi-funcionalidad envolvente del edificio y un objetivo de distinción y visibilidad por su imagen singular. El rendimiento de estas instalaciones en puros términos económicos es menor que en las convencionales, por estar condicionadas por la misma estructura del edificio y por los requerimientos de robustez adicionales a los elementos constructivos FV.

Algunos de los beneficios que aporta la integración arquitectónica de la tecnología fotovoltaica son:

• Aumento de la funcionalidad del revestimiento del edificio o de la cubierta ya que además de sus funciones tradicionales genera energía eléctrica.
• Protección solar disminuyendo el factor solar (valor g), reduciendo así la carga térmica de los edificios y los costes de refrigeración en temporada de verano.
• Integración directamente en las estructuras del edificio, por lo que no es necesario instalar ningún sistema de soporte adicional como en el caso de módulos FV estándar.
• A diferencia de los elementos constructivos tradicionales los elementos FV tienen tiempo de amortización, generando así un beneficio económico a largo plazo.
• Creación de nuevos conceptos de imagen corporativa relacionados con innovación, sostenibilidad y ecología realizables mediante múltiples y extraordinarias posibilidades de diseño arquitectónico con elementos FV modernos.
• Aumento del valor del inmueble por integrar un elemento “económicamente activo“.

En el siguiente post continuaremos hablando un poco más acerca de estos sistemas de integración fotovoltaica.

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Recientemente se ha inaugurado en Holanda la primera planta de biomasa de Europa capaz de producir electricidad a partir del estiércol de las aves de granja a gran escala, la cual está previsto sea capaz de distribuir electricidad a más de 90.000 hogares, posicionándose así como planta líder en la generación de energía renovable a partir de biomasa. La instalación producirá 36,5 megavatios de electricidad renovable cada año. Además, dicha planta cumple un doble objetivo, generar energía renovable a partir de biomasa y reducir los excedentes de residuos procedentes de la cría de pollos en dicho país, ya que la industria avícola holandesa produce 1,2 millones de toneladas de estiércol al año.

La explotación de la planta corre a cargo de un consorcio entre Delta, DEP, ZLTO y Austrian Energy & Environment AG. Peter Boerma, el director general, asegura que “la biomasa es uno de los proyectos que se están desarrollando para establecer una mezcla de diferentes fuentes de energía en apoyo a la transición de los combustibles fósiles a las energías renovables”.

La construcción de la planta comenzó el 28 de agosto de 2006 y ha supuesto un coste de 150 millones de euros y empleará a un total de 25 personas.

La planta de incineración consta de varias fases:

1. Abastecimiento del estiércol de aves. El estiércol es entregado por camión y depositado en un silo de almacenamiento. Desde el silo de almacenamiento mediante unas grúas es depositado en una cinta transportadora hasta un tanque de dosificación en la sala de calderas.
2. Incinerador. La incineradora es una caldera de lecho fluidificado. En este tipo de calderas el combustible se inyecta en un lecho fluidificado de arena, así se garantiza una equilibrada combustión. El liberado de gases de combustión es enfriado en la caldera. El agua y el vapor se calientan a las condiciones adecuadas para su conducción hasta una turbina de vapor.
3. Turbina y generador. El vapor de la caldera se expande en la turbina de vapor, esto provoca que el calor generado se transforme en trabajo mediante un generador que lo convierte en aproximadamente 36,5 MW de energía eléctrica. La energía se suministra a la red nacional.
4. Limpieza de gases de combustión. En la última fase se lleva a cabo un intensivo proceso de limpieza de los gases de combustión que se emiten al medio ambiente por medio de la chimenea. Este proceso de purificación implica los siguientes bloques:
   • Un precipitador electrostático (ESP) para la captura de las cenizas volantes.
   • Un reactor para reducir los componentes de SO2, HC1, HF, metales pesados, y las dioxinas de los furanos.
   • Un filtro para la captura del polvo, cal y carbón activo.
   • Un catalizador para reducir la concentración de NOx.
5. Transporte de las cenizas. Las cenizas volantes, que son ricas en fósforo y potasio, se venden como fertilizante para el cultivo de cosechas.

Como podemos ver, poco a poco se van desarrollando proyectos que aúnan varios objetivos beneficiosos para el medioambiente, en este caso la generación de energía mediante fuentes renovables, y la eliminación de residuos procedentes de la industria agroalimentaria. Esperemos que cada vez leamos más y más noticias similares.

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Cualquier persona que encienda la televisión a la hora de las noticias podrá darse cuenta que nuestro sistema energético es totalmente dependiente de los combustibles fósiles, los cuales además son los grandes culpables de la enorme cantidad de emisiones de gas CO2 a la atmósfera, lo cual contribuye de forma muy especial al calentamiento global del planeta.

Desde hace ya unos cuantos años, gran cantidad de técnicos y expertos en energía le van dando vueltas a la idea de realizar un cambio en esa dependencia de los combustibles fósiles hacia una apertura a la que algunos denominan la economía del hidrógeno.

El hidrógeno, por su alto valor energético y por su capacidad para almacenarse, es potencialmente viable para la producción de electricidad y también como combustible para el transporte, provocando así una reducción a escala mundial en las emisiones de CO2 a la atmósfera.

Actualmente existen principalmente tres grandes formas de obtener hidrógeno, mediante procesos electroquímicos, termoquímicos y otros, como los fotoquímicos y biológicos.

Centrándonos en las energías renovables, la mejor forma de producir hidrógeno mediante éste tipo de energías limpias, es utilizando la energía solar, la cual es capaz de alcanzar elevadas temperaturas, lo cual es esencial en el proceso de fabricación del hidrógeno. Además, el uso de éste tipo de fuentes energéticas hace que el coste final se reduzca drásticamente, dando la posibilidad de hacerse un hueco en el voraz mercado energético, y abrir así las puertas para esa nueva economía del hidrógeno.

El día 31 de marzo de 2008 se inauguró en la Plataforma Solar de Almería, la planta piloto del proyecto Hydrosol II ubicada en el campo de helióstatos SSPS, en Tabernas. Hydrosol II es una planta para producir hidrógeno, usando como materia prima agua y como fuente de energía la energía solar térmica de alta concentración provocando una serie de reacciones termoquímicas que dan origen al gas de hidrógeno.

Tanto desde el punto de vista energético como económico, y a nivel mundial, la integración de sistemas solares de concentración con sistemas capaces de disociar agua está considerada como el objetivo más importante a largo plazo en la producción de combustibles solares para reducir los costes del hidrógeno y asegurar emisiones de dióxido de carbono prácticamente nulas.

El reactor situado en la torre del campo de helióstatos está fabricado en cerámica de carburo de silicio, utilizada por su alta absorción, además cuenta con una nano-estructura metálica revestida sobre las capas cerámicas del reactor que permiten la ruptura del agua y su posterior regeneración.

El proceso de producción de hidrógeno consta de dos fases, en la primera fase se alcanzan los 1.200ºC y es donde se produce la eliminación del O2 de la estructura metálica del reactor. En la segunda fase, a unos 800ºC, se hace pasar vapor de agua a través de esta estructura, consiguiendo así separar la molécula de agua, el O2 queda atrapado en la estructura y el hidrógeno es liberado. Después de esta segunda fase se completa un ciclo y se vuelve a la primera fase para regenerar el módulo.

La eficiencia en la conversión de la energía solar es del 70% y podría llegar a ser la solución al problema de producir económicamente hidrógeno con energías renovables.

Actualmente el sistema es capaz, a partir de medio litro de agua por minuto, de producir hasta 3 kg por hora de hidrógeno. La potencia del reactor de Hydrosol II es de 100kWth mientras que el reactor anterior a escala de laboratorio era 10 veces menor.

Aún es pronto para que esta sea la solución a los problemas energéticos, ya que todavía hay retos a los que se enfrenta el equipo de Hydrosol II, entre ellos la validación de las estructuras cerámicas operando a estas temperaturas y soportando cientos de ciclos continuos y, el más complicado de todos, conseguir producir hidrógeno a un precio económicamente competitivo que debería rondar los 0,06€/kWh que es el precio del hidrógeno producido con reformado de metano incluyendo las tasas correspondientes a las emisiones contaminantes de CO2, las cuales Hydrosol II quiere evitar. No cabe duda de que el equipo de la Plataforma Solar de Almería está haciendo un gran trabajo que abrirá nuevas puertas en el mundo energético.

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El parque eólico offshore Alfa Ventus es un proyecto pionero llevado a cabo conjuntamente por varias empresas alemanas situado a unos 45 kilómetros mar adentro al norte de la isla de Borkum, a unos 30 metros de profundidad, Alfa Ventus es el primer parque eólico en el mar bajo condiciones de auténtica alta mar. El diseño, construcción, operación de red y de integración de Alfa Ventus es un proyecto que servirá como una prueba de campo para futuras granjas eólicas offshore.

Alfa Ventus está compuesto de doce aerogeneradores (seis Multibrid M5000 y seis REpower 5M), además de un transformador de estación en alta mar en el sur-este del parque eólico. Está previsto crear una sala de control en tierra para supervisar el funcionamiento de los aerogeneradores.

Los componentes de los aerogeneradores están prefabricados en tierra. Las góndolas, palas del rotor, segmentos de la torre y la estructura base son montados en alta mar.

Los 12 aerogeneradores se montarán en una zona de cuatro kilómetros cuadrados, dispuestos en un rectángulo con cuatro hileras paralelas de tres turbinas cada uno.

El tamaño de las torres será de unos 150 metros de altura - casi tan alto como la Catedral de Colonia. Los seis aerogeneradores suministrados por Multibrid serán anclado al fondo marino por una estructura de trípode. La profundidad del agua en este sitio es de aproximadamente 30 metros. Para hacerse una idea, se necesitarían 56 hombres para rodear el área triangular de 255 m2 en los que está soportado el trípode.

La velocidad media del viento en el emplazamiento es de 10 metros por segundo (m/s), o de fuerza 5. Los diseñadores esperan 3800 horas de funcionamiento pleno al año.

Las instalaciones están diseñadas para una vida útil de 20 años. Los diseñadores aseguran han tenido en cuenta las difíciles condiciones meteorológicas en el mar del norte, ya que son cruciales para las tareas de montaje y posteriores mantenimientos; además se ha tenido especial cuidado en los materiales utilizados, ya que una protección fiable contra la corrosión y una exhaustiva encapsulación de los sistemas son cruciales para el éxito de la operación de parques eólicos. Lo sistemas eléctricos de cada aerogenerador son redundantes, en otras palabras, constan de múltiples sistemas. De esta forma se garantiza que puedan continuar produciendo energía, incluso si uno de los componentes falla.

La construcción del parque eólico, y especialmente los trabajos sobre las bases y la colocación de los cables submarinos representan una intrusión en el medio marino. Sin embargo, Alfa Ventus se encuentra fuera del Mar de Wadden, un Parque Nacional en medio marino, por lo que no existe motivo de preocupación para la conservación de la naturaleza del lugar. El cable submarino que atraviesa el Parque Nacional se establecerá de acuerdo con estrictos requisitos medioambientales, además, desde 2002 el Ministerio Federal de Medio Ambiente Alemán ha propuesto estudios científicos sobre los posibles efectos de la energía eólica marina en los sistemas de mamíferos marinos, aves marinas, migración de aves, los fondos marinos y la fauna de peces, obteniendo resultados tales que no impiden la fabricación del parque.

No cabe duda de que poco a poco se van llevando a cabo proyectos innovadores que, independientemente de si tienen un trasfondo de ganancia económica para las empresas en cuestión o no, le hacen un gran favor a nuestro planeta reduciendo en gran cantidad las emisiones de CO2, y colaborando al desarrollo de nuevas tecnologías en el área de las renovables e industrias anexas.

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Anteriormente ya hemos comentado algo acerca de la tecnología de película delgada utilizada en aplicaciones fotovoltaicas, pero en base a varias cuestiones que algún compañero me ha realizado, me ha parecido interesante recalcar algunos aspectos, ya que dicha tecnología puede llegar a ser una alternativa más asequible y rentable que las células fotovoltaicas actuales.

Quizás el punto más relevante en éste tipo de tecnología fotovoltaica sea la capacidad de ahorro en la fase de producción, ya que es posible reducir en un 90% el coste final del producto. El tipo de líneas de producción utilizadas en el proceso es similar a las utilizadas en la industria gráfica, imprentas, etc.

El material base sobre el cual se imprimen las diferentes capas que forman las láminas fotovoltaicas es similar al papel de aluminio. Una vez introducidos los rollos de dicho material en la línea de producción, pasan a través de una serie de rodillos los cuales se encargan de realizar la impresión de las distintas capas; para ello el material utilizado es una tinta conductora CIGS (acrónimo en inglés de Copper Indium Gallium Selenide (CuInGaSe2)) que está compuesta de diversas nanopartículas de materiales como el cobre, indio, galio y selenio. Gracias a éste sistema de producción es posible fabricar alrededor de 300 metros de lámina fotovoltaica por minuto.

La eficiencia de este tipo de materiales lograda hasta el momento es del 19,5%, pero se prevén rendimientos de hasta el 30% en pocos años. Varias empresas internacionales están desarrollando proyectos en base a esta tecnología.

Básicamente la lámina fotovoltaica está compuesta de varias capas superpuestas:

• Una capa transparente semiconductora de óxido de zinc.
• Otra capa de material traslúcido de interfaz p-n semiconductor.
• Una capa de tinta absorbente semiconductora.
• Una capa donde se encuentran los electrodos de molibdeno.
• Una capa que hace las veces de soporte hecho de papel de aluminio.

Otra de las grandes ventajas de éste tipo de láminas fotovoltaicas, es que en general, los techos de casi todos los edificios pueden ser aprovechados para la colocación de dichas láminas. Debido a la flexibilidad y poco peso es posible realizar instalaciones de forma rápida y fácil; además el tamaño y forma de una plancha pueden ser modificados y recortados con una simple tijera.

Como es lógico (en toda instalación solar), el rendimiento máximo de estas láminas se consigue en los días de pleno Sol, pero también, aunque con menor rendimiento, pueden funcionar en días nublados. Los fotones procedentes de la radiación solar atraviesan las capas superiores de material transparente y son absorbidos por la tinta CIGS en la cual reaccionan con los fotones de la misma generando una corriente eléctrica que atravesará el circuito eléctrico de la instalación para retornar cerrando el circuito a la capa absorbente inferior de la lámina fotovoltaica.

Otras características destacables de este tipo de láminas nanosolares son:

• El rango de temperatura de trabajo está comprendido entre -40ºC y 80ºC.
• Debido a su bajo coste es posible generar electricidad con un coste inferior a un dólar por vatio, cantidad muy inferior a la obtenida con el carbón.
• Los fabricantes han anunciado la salida al mercado y su producción en masa para éste año, siendo los mercados principales Europa y Asia.
• Debido a las características propias de esta tecnología, es posible aplicarla en diversos campos como el automovilístico, pequeños electrodomésticos, etc.

Quizás este tipo de tecnologías abran una gran puerta en el mercado energética a la solar fotovoltaica, además es cuestión de tiempo que el gigante país chino comience a comercializar éste tipo de tecnologías además de utilizarlas para sí. Puede que aún sea pronto para asegurar lo que va a pasar, pero no cabe duda que los avances en energía solar fotovoltaica siguen dando mucho de que hablar.

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