Breve introducción a las energías renovables

        El aprovechamiento por el hombre de las fuentes de energía renovable, entre ellas las energías solar, eólica e hidráulica, es muy antiguo; desde muchos siglos antes de nuestra era ya se utilizaban y su empleo continuó durante toda la historia hasta la llegada de la "Revolución Industrial", en la que, debido al bajo precio del petróleo, fueron abandonadas.

        Durante los últimos años, debido al incremento del coste de los combustibles fósiles y los problemas medioambientales derivados de su explotación, estamos asistiendo a un renacer de las energías renovables.

        Las energías renovables son inagotables, limpias y se pueden utilizar de forma autogestionada (ya que se pueden aprovechar en el mismo lugar en que se producen). Además tienen la ventaja adicional de complementarse entre sí, favoreciendo la integración entre ellas. Por ejemplo, la energía solar fotovoltaica suministra electricidad los días despejados (por lo general con poco viento, debido al dominio del anticiclón), mientras que en los días fríos y ventosos, frecuentemente nublados, son los aerogeneradores los que pueden producir mayor energía eléctrica.


    Como producir electricidad a partir del sol, del viento y del agua
 

I. A partir del sol: ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA


Fig. 1: Seguidor solar con 44 paneles fotovoltaicos (SOLÉNER)

        El método más sencillo para la captación solar es el de la conversión fotovoltaica, que consiste en convertir la energía solar en energía eléctrica por medio de células solares. Estas células están elaboradas a base de silicio puro con adición de impurezas de ciertos elementos químicos, y son capaces de generar cada una de 2 a 4 Amperios, a un voltaje de 0,46 a 0,48 V, utilizando como materia prima las radiaciones solares. Admiten tanto la radiación directa como la difusa, lo que quiere decir que se puede conseguir energía eléctrica incluso en días nublados. Las células se montan en serie sobre paneles o módulos solares para conseguir un voltaje adecuado a las aplicaciones eléctricas; los paneles captan la energía solar transformándola directamente en eléctrica en forma de corriente continua, que será preciso almacenar en acumuladores, para, si se desea, poder utilizarla fuera de las horas de luz.
 

II. A partir del viento: ENERGÍA EÓLICA

        Otra alternativa para producir electricidad es a partir de la energía eólica: la proporcionada por el viento. El dispositivo capaz de realizar esta conversión se denomina aerogenerador o generador eólico, y consiste en un sistema mecánico de rotación, provisto de palas a modo de los antiguos molinos de viento, y de un generador eléctrico con el eje solidario al sistema motriz. De esta forma el viento, al hacer girar las palas, hace también girar al generador eléctrico, que puede ser una dinamo o un alternador (el alternador, con respecto a la dinamo, presenta la ventaja de proporcionar mayor rendimiento, suministrar energía a una velocidad menor, y aportar también energía a una velocidad superior).


Fig. 2: Aerogenerador Vélter II

        Al igual que en el caso de la energía solar, es necesario disponer de acumuladores para almacenar la energía en los períodos sin viento.
 

III. A partir del agua: ENERGÍA HIDRÁULICA

    Una aplicación muy interesante para pequeñas instalaciones cerca de saltos de agua es la minicentral hidráulica, con potencias entre 100 W y 5 kW, pudiéndose combinar con otras energías.
 

Fig. 3: Turbina Pelton (SOLÉNER)

        Las aplicaciones son enormes, ya que las tres cuartas partes de la humanidad carecen de energía eléctrica con la que obtener agua potable, iluminación, herramientas eléctricas, conservación de los alimentos o acceso a la cultura (medios audiovisuales). Actualmente estos sistemas constituyen la mejor ayuda directa para el tercer mundo (ONG).
 


    Ventajas

 - Una vez realizada la instalación y hecha la inversión inicial, no se originan gastos posteriores; el consumo de energía eléctrica es totalmente gratuito.

 - La instalación con paneles fotovoltaicos es de tipo modular; si aumentan las exigencias de consumo, puede aumentarse el número de paneles sin necesidad de intervención de especialistas.

 - No usa combustibles, eliminando la incomodidad de tener que aprovisionarse y el peligro de su almacenamiento.

 - La electricidad que se obtiene es en forma de corriente continua y generalmente a bajo voltaje, con lo que se evita el riesgo de accidentes, tan peligrosos en las líneas actuales.

 - La energía solar se produce en el mismo lugar donde se consume: no necesita transformadores, ni canalizaciones subterráneas, ni redes de distribución a través de las calles.

 - Impacto ambiental nulo: la energía solar no produce desechos, ni residuos, basuras, humos, polvos, vapores, ruidos, olores, etc. Al ser la única energía natural, origen de todas la demás, no contamina la naturaleza, ni descompone el paisaje con torres, postes y líneas eléctricas.

 - Resistencia a las condiciones climatológicas más adversas: lluvia, nieve, viento, granizo.

 - No necesitan mantenimiento: los paneles solares no tienen piezas móviles y se limpian con la lluvia.

 - Es posible el aprovechamiento de las instalaciones convencionales, suministrando corriente alterna a 220 V, mediante el empleo de inversores.

 - Las dimensiones de los paneles son muy reducidas, pudiendo instalarse fácilmente sobre el tejado de cada vivienda, con la única precaución de que reciban la luz del sol directamente y sin sombras durante todo el día.

 - Ambas energías, solar y eólica, tienen la ventaja de complementarse entre sí. La radiación solar suministra energía los días despejados (por lo general días con poco viento), mientras que los días fríos y ventosos (generalmente nublados) es el viento el que proporciona la energía suficiente para hacer funcionar el aerogenerador.
 


    Elementos de una instalación

 - Generador: es el componente fundamental de la instalación. Consiste en un conjunto de paneles fotovoltaicos, o de aerogeneradores, o una mezcla de ambos, que captan la energía procedente del sol, o del viento, y la transforman en corriente continua a baja tensión (12 ó 24 V habitualmente). Si desea ver un ejemplo de características de un panel solar fotovoltaico pulse aquí.


Fig. 4: Una instalación mixta eólico-fotovoltaica

 - Acumulador: La energía eléctrica producida por los paneles solares o por el aerogenerador puede seguir dos caminos: consumirse en el momento o acumularse. Para poder disponer de esta energía fuera de las horas de luz o días sin viento, es necesario instalar acumuladores, cuya misión es almacenar la energía producida por el generador y mantener razonablemente constante el voltaje de la instalación.

 
Fig. 5: Cuarto de acumuladores en una instalación de 200 kW (Senegal)

        El sistema de acumulación consiste en un juego de elementos en batería, generalmente de plomo-ácido, cada uno de los cuales produce una tensión de 2 Voltios. Esto quiere decir que para una instalación a 12 Voltios, se necesitará una batería compuesta por 6 vasos, puestos en serie; mientras que si es de 24 Voltios, la batería tendrá 12 vasos en serie.

        La cantidad de energía que es capaz de almacenar una batería depende de su capacidad, que se mide en Amperios hora (Por ejemplo: suponiendo un rendimiento del 100% y una descarga total una batería de 100 Ah puede suministrar 1 Amperio durante 100 horas ó 2 Amperios durante 50 horas, ó 5 Amperios durante 20 horas).

        El número de días que la batería puede mantener el consumo de la instalación (número de días de autonomía) dependerá por tanto de su capacidad: cuantos más Amperios hora pueda almacenar, mayor número de días. Por tanto, habrá que dimensionar la batería de forma que, sin ser excesivamente costosa, pueda mantener los consumos durante los días de autonomía deseados.


Fig. 6: Regulador digital fabricado por SOLÉNER en versión OEM

 - Regulador de carga: el sistema de regulación tiene básicamente tres funciones:

   * Evitar sobrecargas a la batería, que puedan producir daños irreversibles en la misma.
   * Impedir la descarga de la batería a través de los paneles en los períodos sin luz.
   * Asegurar que el sistema trabaje siempre en el punto de máxima eficiencia.

        El regulador es uno de los elementos más importantes de un sistema solar fotovoltaico, ya que de su correcto funcionamiento depende totalmente la vida de la batería.


Fig. 7: Lámpara electrónica de alto rendimiento (SOLÉNER)

 - Equipos de iluminación: Los equipos de iluminación han de ser de elevado rendimiento y bajo consumo: lámparas electrónicas, fluorescentes, lámparas de vapor de sodio, etc. Además, soportan mejor que una lámpara de incandescencia las variaciones en la tensión continua de alimentación (una variación de la tensión del 20% en una lámpara de incandescencia puede destruirla, mientras que los equipos fluorescentes soportan estas variaciones).
 

 - Electrodomésticos: Los electrodomésticos han de ser de bajo consumo, especialmente los que funcionan muchas horas como los frigoríficos. En la imagen se observan tres frigoríficos especialmente diseñados para ahorro energético.
 


Fig. 8: Inversor senoidal SOLÉNER

    - Inversor: La mayoría de los electrodomésticos convencionales necesitan, para funcionar, corriente alterna a 220 V, y 50 Hz de frecuencia. Para poder disponer de este tipo de corriente, hay que añadir a la instalación un inversor CC/CA (de corriente continua a alterna), que transforma la corriente continua, a 12 ó 24 V, producida por la batería, en corriente alterna, a 220 V y 50 Hz de frecuencia.

    El tipo de inversor a emplear depende de la aplicación que se le vaya a dar. Así por ejemplo, si se desea CA únicamente para dar energía a un televisor o un ordenador, y algún aparato eléctrico pequeño, se puede utilizar un inversor de onda cuadrada o senoidal modificada. Pero si se trata de dar energía a electrodomésticos tales como una lavadora, un frigorífico, o algún motor de CA, que necesitan para su correcto funcionamiento una fuente con salida en forma de onda senoidal, entonces es preciso utilizar inversores de onda senoidal.

    Soluciones Energéticas dispone de inversores de onda senoidal modificada que, además de producir un tipo de onda de salida adecuada para todas estas aplicaciones, tienen un rendimiento muy elevado (superior al 95%), con lo que apenas se producen pérdidas en la conversión CC/CA. Gracias a esto es posible disponer de CA a 220 V y 50 Hz para toda la instalación, tanto para electrodomésticos como para iluminación; con ello se mejora el rendimiento general del sistema, puesto que a 220 V la caída de tensión en la distribución es mucho menor que a 12 ó 24 V.

    Tambien disponemos de una amplia gama de inversores senoidales de alto rendimiento controlados por microprocesador y configurables por el usuario mediante una pantalla de cristal líquido. Esta misma pantalla muestra continuamente información sobre el estado del sistema, incluyendo la energía consumida.
 

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