Integración de las energías renovables

7/26/2019 Integracin de las energas renovables

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Curso Gestor para la Eficiencia 2012

Bloque 6- Integracin de energas renovables 1

BLOQUE VI:

INTEGRACIN DE ENERGAS RENOVABLES

CURSO GESTOR PARA LA EFICIENCIA 2012


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Bloque 2- Edificacin sostenible 2


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NDICE

1. ENERGA SOLAR TRMICA ............................................................................................ 5

1.1. DESCRIPCIN DE LA TECNOLOGA ..................................................................... 5

1.2. CLASIFICACIN DE LOS APROVECHAMIENTOS .............................................. 7

1.3. APLICACIONES DE LA TECNOLOGA SOLAR TRMICA .................................. 9

1.4. CLASIFICACIN DE SISTEMAS SEGN EL TIPO DE CIRCULACIN ........... 12

1.5. EJEMPLOS DE CONEXIONADO ENTRE PANELES Y ESQUEMAS MS

COMUNES ............................................................................................................................. 14

1.6. MARCO NORMATIVO ............................................................................................. 19

2. ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA ............................................................................. 20

2.1. DESCRIPCIN DE LA TECNOLOGA. EL EFECTO FOTOVOLTAICO ............. 20

2.2. ELementos de una instalacin FOTOVOLTAICa ...................................................... 22

2.3. CLASIFICACIN DE LOS APROVECHAMIENTOS ............................................ 23

2.4. APLICACIONES DE LA TECNOLOGA ................................................................. 26

2.5. MARCO NORMATIVO ............................................................................................. 32

3. BIOMASA .......................................................................................................................... 34

3.1. DEFINICIN Y TIPOS .............................................................................................. 34

3.2. BIOMASA SLIDA ................................................................................................... 35

3.3. APLICACIONES DE LA BIOMASA SLIDA ........................................................ 39

3.3.1. CALOR ............................................................................................................... 40

3.3.2. ELECTRICIDAD ................................................................................................ 43

3.4. BIOCOMBUSTIBLES................................................................................................ 45

3.5. EL MARCO NORMATIVO ....................................................................................... 48

4. ENERGA GEOTRMICA ................................................................................................ 50

4.1. LOS SISTEMAS DE BOMBA DE CALOR GEOTRMICA ................................... 52

4.1.1. FUNCIONAMIENTO DE LAS BCG ................................................................. 53

4.1.2. SISTEMAS DE CAPTACIN DE ENERGA GEOTRMICA........................ 54


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4.1.3. CARACTERSTICAS DE DISEO Y EJECUCIN DE LAS

INSTALACIONES GEOTRMICAS ................................................................................ 55

4.2. TEST DE RESPUESTA TRMICA (TRT) ............................................................... 56

4.3. DISEO DE UNA INSTALACIN GEOTRMICA ............................................... 58

4.3.1. ELECCIN DE LA BOMBA DE CALOR ........................................................ 58

4.3.2. ELECCIN DEL FLUIDO CIRCULANTE....................................................... 59

4.3.3. ELECCIN DE LA CONFIGURACIN A EMPLEAR ................................... 60

4.4. LEGISLACIN REGULADORA .............................................................................. 62

NDICE DE TABLAS Y FIGURAS .......................................................................................... 64


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1. ENERGA SOLAR TRMICA

1.1. DESCRIPCIN DE LA TECNOLOGA

La energa Solar trmica consiste en el aprovechamiento del calor solar mediante el uso de

colectores o paneles solares trmicos. De manera muy esquemtica, su funcionamiento consiste

en que el colector o panel solar capta los rayos del Sol y absorbe su energa en forma de calor. A

travs del panel solar se hace pasar un fluido de manera que parte del calor absorbido estransferido a dicho fluido, que eleva su temperatura y es almacenado o llevado directamente al

punto de consumo.

Segn la temperatura de uso del fluido, las instalaciones se clasifican en: de baja (< 80), media

(entre 80 e 200) y alta temperatura (> 200). La temperatura de trabajo es el parmetro clave

que condiciona la tecnologa a utilizar en la instalacin. Por su mayor frecuencia, en este bloque

se tratarn principalmente las aplicaciones de baja temperatura.

El panel solar es el elemento principal de la instalacin, por lo que entender su funcionamientonos permite evaluar su potencial de uso. El principio de funcionamiento del captador plano, el

utilizado en la mayor parte de las instalaciones de baja temperatura, se basa en una trampa de

calor que conjuga el efecto de cuerpo negro con el efecto invernadero. Gracias a este

sistema de captacin se consigue absorber la mayor parte de la radiacin solar que llega hasta la

superficie y devolver la menos posible.

Los captadores planos, destinados por lo general a la produccin de agua caliente sanitaria,

estn recubiertos de una caja hermticamente cerrada. En la cara superior de esta caja se coloca

una superficie acristalada que deja atravesar la radiacin solar e impide que se pierda la

ganancia trmica obtenida. Generalmente la carcasa que envuelve al equipo de captacin es

metlica, aunque en algunos casos puede ser de plstico especial o de algn otro material.


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Figura 1: Balance de energa en el captador Solar.

En el interior del sistema captador se encuentra la placa absorbedora, que es el lugar donde se

realiza la captacin de la radiacin solar propiamente dicha. Fabricada con materiales que

conducen bien el calor (aluminio, cobre, planchas metlicas), esta placa tiene un

funcionamiento parecido al de un radiador: con una disposicin de tubos que cuentan con una

toma por donde entra el fluido a calentar y otra de salida. Como fludo caloportador suele

utilizarse agua o agua glicolada, para evitar problemas de congelacin.

Figura 2: Componentes del panel Solar plano.


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1.2. CLASIFICACIN DE LOS APROVECHAMIENTOS

Instalaciones de baja temperatura.

Por aprovechamiento de baja temperatura se entiende todos aquellos sistemas de energa solar

en los que el fluido calentado no sobrepasa los 80-100 C. Se utiliza en aplicaciones como ACS,

calefaccin por suelo radiante, climatizacin de piscinas, refrigeracin o procesos industriales

para precalentamiento de un fluido. Los tres colectores ms utilizados son: placa plana, caucho

(o no esmaltado) y de vaco.

El colector de placa plana, calienta la placa, y la energa almacenada en la placa se

transfiere al fluido. Generalmente tienen una lmina transparente de vidrio o plstico

que aprovecha el efecto invernadero. Se aplica en ACS, climatizacin de piscina y

calefaccin.

Los colectores de caucho estn formados por una serie de tubos de caucho, que

absorben la radiacin Solar y la transmiten al fluido por su interior. Su aplicacin

principal es la climatizacin de piscina, debido a su bajo rendimiento fuera de la poca

estival.

Los colectores de vaco van dotados de una doble envolvente, hermticamente cerrada,

que asla el interior del exterior y en la que se hace vaco, con el fin de reducir las

prdidas por conveccin, con lo que se alcanzan mayores temperaturas. Como

inconveniente citar que son ms caros y que con el paso del tiempo pierden el efecto de

vaco. Las aplicaciones principales son la produccin de ACS, la climatizacin de

piscinas y la calefaccin.

Figura 3: Ejemplo de instalacin Solar trmica de baja temperatura.

Instalaciones de media temperatura.


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A partir de los 80 C los captadores planos convencionales presentan rendimientos bajos y

cuando se pretende generar vapor entre 100 C y 200 C debe acudirse a otro tipo de elementos

de captacin.En este caso, se utilizan dispositivos concentradore para aumentar la intensidad de

la radiacin sobre la superficie absorbente. El colector ms utilizado son los concentradorescilndricos, en los que la superficie reflectora es la mitad de un cilindro. La tecnologa de media

temperatura va destinada a aquellas aplicaciones que requieren temperaturas intermedias de

trabajo. La mayor complejidad de la instalacin y las calidades contructivas requeridas

encarecen la instalacin de forma que actualmente son competitivas en costes solo en

aplicaciones singulares por lo que su uso es poco frecuente.

Figura 4: Ejemplo de instalacin trmica de media temperatura.

Instalaciones de alta temperatura.

Se utilizan fundamentalmente en produccin de energa elctrica en centrales de torre.

En las tecnologas de alta temperatura, la radiacin Solar puede servir para la generacin de

electricidad a gran escala. Mediante un proceso que convierte el calor en energa mecnica y

posteriormente en energa elctrica, se consiguen altas capacidades en la produccin de

electricidad.

Las instalaciones Solares de alta temperatura, tambin conocidas como termoelctricas, se basan

en procesos tecnolgicos parecidos a los utilizados en instalaciones de media temperatura, pero,

con una mayor capacidad para concentrar los rayos del Sol, as como para alcanzar temperaturas

ms elevadas. En este tipo de centrales se llegan a superar los 2.000 C de temperatura por

medio de un gran nmero de espejos enfocados hacia un mismo punto (la cpula de una torre o

un tubo de vidrio dispuesto a lo largo del tramo central del espejo concentrador), con el fin de

calentar un fluido hasta convertirlo en vapor. Gracias a la elevada presin alcanzada es posible

accionar una turbina, que a su vez impulsar un generador elctrico.


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Figura 5: Ejemplo de instalacin de alta temperatura.

1.3. APLICACIONES DE LA TECNOLOGA SOLAR TRMICA

Las aplicaciones ms extendidas de la tecnologa solar trmica son:

Agua caliente sanitaria (ACS): Actualmente es sin duda la aplicacin ms extendida de la

energa Solar. Los sistemas estn diseados para cubrir el 100% de la demanda de agua caliente

durante el verano, y el 50-80% del total el resto del ao. Para esta aplicacin se utilizan sistemas

de circulacin forzada o termosifones (ms extendidos en el sur de Europa), que generalmentecuentan con un calentador convencional de apoyo para cubrir las necesidades cuando el sistema

Solar no puede hacerlo. El agua caliente sanitaria de apoyo puede obtenerse mediante cualquier

tipo de caldera (gas, gasleo, etc.) o mediante termos elctricos.

La energa Solar trmica puede ser empleada con cualquiera de estos sistemas. La produccin

de agua caliente sanitaria es la aplicacin ms extendida a nivel comercial debido a que las

temperaturas requeridas, alrededor de 40 C, se encuentran dentro del rango de temperaturas de

funcionamiento ptimo de todos los captadores trmicos. Al tratarse de una necesidad bsica

durante todo el ao, la produccin de ACS con energa Solar presenta, en general, una buena

rentabilidad y una rpida amortizacin, que podra verse mejorada en el caso de instalaciones

con gran consumo como las instalaciones deportivas.


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Figura 6: Esquema de un circuito primario de calentamiento de agua.

Sistemas combinados de ACS y calefaccin: comn en el centro y norte de Europa. La

superficie de colectores est entre los 7 y los 20m2, y la capacidad del acumulador se encuentra

entre los 300 y los 2.000 litros por vivienda.

Las instalaciones Solares trmicas permiten, con unas dimensiones adecuadas, cubrir en parte

las cargas trmicas de calefaccin, aunque hay que tener en cuenta que cuanto mayor es la

necesidad de calefactar (en los meses de invierno), menor es la radiacin Solar. Por tanto, la

rentabilidad de los sistemas es menor que la que corresponde a los destinados a la generacin de

agua caliente. Con el fin de aprovechar la energa Solar como fuente energtica para

calefaccin, deben utilizarse sistemas de baja temperatura tales como suelo radiante o fan-coils.


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Figura 7: Esquema de una instalacin para ACS y calefaccin.

Climatizacin de piscinas: La climatizacin de piscinas es una de las aplicaciones de la energa

Solar ms rentables, dado que las temperaturas requeridas son relativamente bajas (del orden de

los 25 C), lo que permite obtener unos excelentes rendimientos. Adems, el propio vaso de la

piscina puede actuar como acumulador, con lo que el coste de la instalacin se reduce. Una

piscina cubierta climatizada es una instalacin que demanda una gran cantidad de energa, dado

que es necesario no slo la climatizacin del agua, sino tambin la regulacin de la temperatura

y humedad en el ambiente interior del recinto, lo que normalmente se consigue utilizando una

bomba de calor. El grado de humedad ambiente idneo en este tipo de instalaciones se

encuentra entre el 60 y el 70%, mientras que la temperatura deber estar unos 2 C por encima

de la temperatura del agua. La utilizacin de energa Solar para la climatizacin de piscinas

cubiertas puede suponer un ahorro energtico y econmico cercano al 70% para la mayora de

las instalaciones.


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Figura 8: Esquema de una instalacin para ACS y piscina.

1.4. CLASIFICACIN DE SISTEMAS SEGN EL TIPO DE CIRCULACIN

Sistemas de circulacin forzada: utilizan una bomba recirculadora para mover el fluido

caloportador en el circuito formado por colectores e intercambiador. Centrandose en las

aplicaciones de baja temperatura, requieren del acoplamiento de las 3 partes o subsistemas

principales que se citan a continuacin:

Captacin

Almacenamiento

Distribucin


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Cuando empieza el da y el Sol comienza a proporcionar calor a la placa solar, el termostato

diferencial, por medio de la sonda hace funcionar la bomba circuladora, que enviar el fluido

caloportador hasta el acumulador, calentando a su vez el agua fra depositada de la red de

distribucin para el uso del ACS. Cuando venga de nuevo la noche, esta misma sonda har queel termostato diferencial pare la bomba circuladora.

Sistemas termosifn: El agua al calentarse tiene una densidad menor, por lo que se produce una

estratificacin segn los niveles de temperatura. Por tanto, en esos casos, el depsito de

acumulacin debe situarse a una cota ms alta que los colectores. Carece de bomba de

circulacin y regulacin, y se comercializa como equipo compacto que incluye el sistema de

captacin, almacenamiento, seguridad, expansin etc., en un Solo mdulo, su instalacin resulta

ms simple y econmica que una instalacin forzada, y ms fiable en su funcionamiento por su

simplicidad. Cubren fundamentalmente pequeas demandas de usuarios domsticos

individuales, pueden trabajar como circuito cerrado y como abierto. El agua de consumo sale

por una tubera independiente, existe adems otra tubera que aporta agua de la red, para reponer

la que se consumi. Este sistema funciona bien en zonas de alta radiacin Solar (Marruecos,

Andaluca). Cuando la temperatura del tanque baja de un valor predeterminado, un termostato

acciona una resistencia elctrica que mantiene as caliente el agua de consumo.

Figura 9: Esquema de una instalacin con termosifn.


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En la siguiente imagen se puede ver un esquema de un circuito primario:

Figura 10: Esquema de circuito primario.

1.5. EJEMPLOS DE CONEXIONADO ENTRE PANELES Y ESQUEMAS MS COMUNES

Conexin de colectores en serie:

Figura 11: Esquemas de conexiones serie.


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Conexin de colectores en paralelo

Figura 12: Esquema de conexin paralelo.

Conexin de colectores en mixta:

Figura 13: Esquemas de conexionado mixto.

La conexin de colectores en serie permite alcanzar elevadas temperaturas de trabajo ya que la

temperatura de entrada del fludo en el segundo colector ser la de salida del primero y as

sucesivamente. Trabajar con temperaturas elevadas supone unas mayores prdidas de calor y

una menor capacidad de aprovechamiento de la energa solar incidente, por lo que se debe

limitar el nmero de colectores en serie. La conexin en paralelo permite trabajar con grandes

caudales de fludo caloportador y un menor salto de temperatura.

De cara a conseguir un funcionamiento eficiente de la instalacin solar es fundamental

garantizar una equilibrada circulacin del fludo caloportador por todos los colectores, para ello,

las prdidas de carga del circuto que conduce a cada colector debe ser similar. En este sentido,

existen dos disposiciones tpicas de circuitos:

- Con retorno invertidoEl fludo de trabajo entra en primer lugar por el colector ms

lejano, por lo que la distancia por tubera a recorrer es similar en todos los colectores.

Correcto


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Figura 14: Esquema de conexionado con retorno invertido.

-

Sin retorno invertidoEl fludo de trabajo entra en primer lugar por el colector mscercano y retorna al depsito de acumulacin. La distancia a recorrer por tubera ser

distinta para cada colector por lo que se requiere la utilizacin de vlvulas de

equilibrado.

Figura 15: Esquema de conexionado sin retorno invertido.

Se recomienda el conexionado con retorno invertido frente a la utilizacin de vlvulas de

equilibrado. Al seguir el principio del retorno invertido el recorrido hidrulico en todos los

colectores es el mismo, (se lleva la conduccin del fluido fro al colector ms lejano y a partir de

ah se distribuye a todos los colectores por la parte baja de estos. Se recoge el fluido caliente por

la parte superior opuesta a la entrada y en orden contrario. Se realiza de forma que la parte ms

corta del circuito primario corresponda a los tramos de salida caliente de los colectores,

disminuyendo as las prdidas), y por tanto el sistema est equilibrado.

En cualquier caso para el diseo del circuito debe tenerse en cuenta que:

La longitud de las conducciones sea lo ms reducida posible.

Su diseo permita el montaje y desmontaje de los colectores.

Garantizar la estanqueidad y durabilidad de las conexiones.

Otro factor de gran importancia en el diseo del esquema de conexionado es forma en la que se

realiza la acumulacin. A continuacin se recogen las posibilidades ms frecuentes, la mejor

solucin para cada caso depender de las caractersticas individuales de la instalacin.

- Acumulacin centralizada: Existe un depsito de acumulacin comn a todos los

consumidores.


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Figura 16: Esquema de acumulacin centralizada.

- Acumulacin individual: Cada consumidor tiene su propio depsito de acumulacin


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Figura 17: Esquema de acumulacin individual.

- Acumulacin mixta. Existe un gran depsito de acumulacin centralizado y pequeos

depsitos individuales prximos a cada consumidor.

Figura 18: Esquema de acumulacin mixta.

El depsito de inercia hace las funciones de almacn de energa en nuestra instalacin, pero

multitud de instalaciones carecen de depsitos de inercia, entonces Es realmente necesario? En

realidad los depsitos de inercia no son estrictamente necesarios, puesto que las instalaciones

pueden funcionar sin ellos, pero nos pueden aportar una serie de ventajas muy importantes

como por ejemplo:

Permite minimizar el nmero de arranques de la mquina de apoyo de fro/calor.

Permite compaginar el descuadre de produccin/consumo. Por lo que se reduce el

consumo de energa de apoyo.

Permite dar respuesta instantnea a la demanda.


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Permite en ocasiones la reduccin de potencia del productor de fro/calor.

1.6.

MARCO NORMATIVO

El Cdigo tcnico de la Edificacion (CTE) aprobado mediante el Real Decreto 314/2006, es el

marco normativo que establece las exigencias bsicas de calidad de los edificios y de sus

instalaciones, de tal forma que permite el cumplimiento de los requisitos bsicos que contempla

la Ley 38/1999, de 5 de noviembre, de Ordenacin de la Edificacin (LOE):

Funcionalidad (utilizacin, accesibilidad y acceso a los servicios de telecomunicacin,

audiovisuales y de informacin)

Seguridad (estructural, en caso de incendio y de utilizacin)

Habitabilidad (higiene, salud y proteccin del medio ambiente, proteccin contra el

ruido, ahorro de energa y aislamiento trmico y otros aspectos funcionales).

Dentro del CTE se encuentra un documento bsico denominado DB HE Ahorro de energa,

compuesto por los siguientes apartados:

HE 1: Limitacin de la demanda energtica.

HE 2: Rendimiento de las Instalaciones Trmicas.

HE 3: Eficiencia Energtica de las instalaciones de

iluminacin.

HE 4: Aportacin Solar mnima de ACS.

HE 5: Aportacin Fotovoltaica mnima de Energa.

Figura 19: Documento bsico HE, apartados.

El documento HE-4 recoge las exigencias mnimas de aprovechamiento solar para nuevos

edificios en funcin de la zona climtica y del uso. Adems establece criterios de clculo de las

prdidas por sombras.

La instalacin deber cumplir las especificaciones tcnicas recogidas en el Reglamento de

Instalaciones Trmicas en los Edificios aprobado por el (Real Decreto 1027/2007, de 20 de

julio.


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2. ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA

2.1. DESCRIPCIN DE LA TECNOLOGA. EL EFECTO FOTOVOLTAICO

La conversin directa de la energa solar en energa elctrica se debe al fenmeno fsico de la

interaccin de la radiacin luminosa con los electrones en los materiales semiconductores. A

este efecto se le conoce como efecto fotovoltaico.

Cuando la luz incide sobre un metal, con energa suficiente para desplazar electrones, estos

liberan su energa en forma de calor. Pero si el cuerpo es un semiconductor sometido a un

campo elctrico, el tiempo de excitacin aumenta, por lo que hay ms posibilidades de que los

electrones salten del tomo, producindose un movimiento de los mismos (carga negativa) y la

aparicin de huecos (enlaces rotos con carga positiva) que provocan la circulacin de los

mismos. Esto ltimo es lo que se utiliza en las clulas fotovoltaicas que generan una cantidad de

corriente elctrica proporcional al flujo luminoso que reciben.

Figura 20: Efecto fotoelctrico.

Figura 21: Configuracin de una clula


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Los materiales semiconductoresson el soporte de la conversin fotovoltaica. El silicio dopado

es el conductor ms usado y comercializado. Una fotoclula de silicio funcionar de la siguiente

forma:

Semiconductor negativo o tipo n

El silicio dopado con fsforo, hace que la estructura cristalina tenga electrones en niveles

energticos elevados o niveles donadores. La incidencia de la radiacin Solar aporta la energa

necesaria para desligar completamente estos electrones y hacer que salten a la banda de

conduccin. Si este se expone a un campo elctrico el material se hace conductor.

Semiconductor positivo o tipo p

El silicio dopado con boro, hace que la estructura cristalina tenga deficiencia de electrones, con

lo que existen huecos que estn situados en niveles de energa conocidos como aceptadores. Si

este semiconductor se somete a un campo elctrico, aparece una conductividad debida al

desplazamiento de los electrones de hueco a hueco en la direccin del polo positivo.

Clula fotovoltaica (Unin P-N)

La clula fotovoltaica est formada por la unin de semiconductores tipo n y p. en el interfase

(unin p-n) aparecen polos positivos y negativos, con lo que se ha generado un campo elctrico

debido a la difusin de electrones desde la zona n a la zona p.

Las condiciones de funcionamiento de un mdulo fotovoltaico dependen de algunas variables

externas como la radiacin Solar y la temperatura de funcionamiento, por eso, para medir y

comparar correctamente los diferentes mdulos fotovoltaicos, se definieron unas condiciones de

trabajo nominales o estndar. Estas condiciones se normalizaron para una temperatura de

funcionamiento de 25 C y una radiacin Solar de 1.000 W/m2, y los valores elctricos con

estas condiciones se definen como valores pico.

Por otro lado, la energa producida por los sistemas fotovoltaicos es el resultado de multiplicar

su potencia nominal por el nmero de horas pico (no todas las horas con Sol tienen la intensidadde 1.000 W/m2 considerada como pico). La energa elctrica se mide en vatios hora (Wh) y en

sus mltiplos. El nmero de horas pico de un da concreto se obtiene dividiendo toda la energa

de ese da (en Wh/m2) entre 1.000 W/m2. Para tener una idea aproximada, debemos considerar

que la suma total de la energa que produce el Sol durante un da por trmino medio en la

pennsula ibrica es del orden de 4 horas pico, lo que supone, dependiendo de la zona, entre 6 y

8 horas en verano y entre 2 y 4 durante el invierno.


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2.2. ELEMENTOS DE UNA INSTALACIN FOTOVOLTAICA

De forma general en una instalacin fotovoltaica se pueden distinguir los siguientes elementos:

- Subsistema de captacin: Mdulos fotovoltaicos que transforman la radiacin solar en

electricidad.

- Subsistema de almacenamiento: Para almacenar la energa que se consumir cuando la

radiacin solar no est disponible. En instalaciones conectadas a red no ser necesario.

- Subsistema de regulacin: Necesario para regular la entrada/salida de la energa de los

subsistemas anteriores.

- Subsistema de adaptacin de corriente: Encargado de adecuar las caractersticas de la

energa a la demandada por las aplicaciones.

El elemento de mayor importancia de la instalacin es el panel fotovoltaico. Se pueden

distinguir tres tipos de paneles con rendimientos y costes diferenciados. A continuacin se citan

ordenados de mayor a menor rendimiento y coste:

Figura 22: Estructura de un panel fotovoltaico.Tipos de paneles:

- Silicio monocristalino: Todos los tomos estn perfectamente

ordenados, color muy monocromtico: azulado, oscuro y con

cierto brillo metlico.


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Figura 23: Panel monocristalino.

- Silicio policristalino: Las direcciones de alineamiento de los

tomos cambian cada cierto tiempo durante el proceso dedeposicin. Tienen aspecto de una amalgama de cristales de

distintos tonos azulados y grises con brillo metlico.

Figura 24: Panel amorfo

- Silicio amorfo: No hay estructura cristalina, tiene un aspecto de

color marrn y gris oscuro

Figura 25: Panel policristalino

Figura 26: Rendimiento de una clula fotovoltaica.

2.3. CLASIFICACIN DE LOS APROVECHAMIENTOS

Con respecto al tipo de instalaciones Solares fotovoltaicas terrestres, stas pueden clasificarse

en funcin de la interaccin con la red elctrica, as se tendra aplicaciones independientes de la

red, aplicaciones remotas y aplicaciones conectadas a la red.


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1. Las aplicaciones independientes de la red elctrica son aquellas que no estn

conectadas a red, an en el caso de que la red elctrica est prxima. Las razones de su

utilizacin pueden ser en algunos casos portabilidad y economa como en calculadoras,

relojes, juguetes, radios, iluminacin de jardines, iluminacin y ventilacin encaravanas y barcos etc. Otras aplicaciones pueden ser independientes de red por

motivos de seguridad o proteccin como instrumentos de medida, sensores y alarmas.

2. En las aplicaciones remotas, la caracterstica comn a todas ellas es la lejana de la red

elctrica. Pueden ser:

Las aplicaciones para viviendas aisladas de la red elctrica, normalmente en

zonas rurales.

Las Centrales fotovoltaicas autnomas, generacin centralizada para ncleos de

poblacin aislados de red elctrica, como la Central de Llabeira y la de isla La

Graciosa en las Palmas. Puede no existir acumulacin elctrica en la propia

central.

El bombeo para riegos agrcolas, piscinas, o consumo humano y las cercas

elctricas para el ganado.

La sealizacin en zonas de difcil acceso donde la fiabilidad y la falta de

mantenimiento sean parmetros decisivos como faros y balizas, las estaciones

repetidoras y la telefona rural.

La autonoma de la instalacin se asegura, bien con acumulacin (en caso de energa

elctrica mediante bateras, o depsitos de agua en el caso de bombeo), bien con una

fuente auxiliar, generalmente un generador diesel. La energa final consumida puede ser

exclusivamente continua y/o alterna

Figura 27: Ejemplo tpico de instalacin remota.


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Figura 28: Esquema simplificado de funcionamiento de da y de noche, en instalaciones remotas.

3. Por ltimo las aplicaciones conectadas a redpueden subdividirse en aplicaciones en

edificios (constituyendo techos y fachadas Solares fotovoltaicas) y en centrales Solares

fotovoltaicas. En ambos casos, toda la energa Solar generada se inyecta directamente a

red.

Figura 29: Esquema tpico de una instalacin conectada a red.

Figura 30: Esquema simplificado de comportamiento durante el da y la noche en instalaciones

conectadas a red.


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La configuracin de un sistema fotovoltaico depender de la aplicacin particular. Dentro de las

aplicaciones fotovoltaicas que alimentan directamente consumos, stos pueden ser de corriente

continua exclusivamente, o bien la generacin se realiza en corriente alterna, pudiendo

alimentar tambin consumos de continua.

2.4.

APLICACIONES DE LA TECNOLOGA

Sistemas aislados de la red elctrica

Estos sistemas se emplean sobre todo en aquellos lugares en los que no se tiene acceso a la redelctrica y resulta ms econmico instalar un sistema fotovoltaico que tender una lnea entre la

red y el punto de consumo. Como los paneles slo producen energa en las horas de Sol y la

energa se necesita durante las 24 horas del da, es necesario un sistema de acumulacin.

Durante las horas de luz Solar hay que producir ms energa de la que se consume para

acumularla y posteriormente disponer de ella cuando no se pueda generar.

La cantidad de energa que se necesita acumular se calcula en funcin de las condiciones

climticas de la zona y del consumo de electricidad, de manera tal que en una zona donde haya

muchos das Soleados al ao habr que acumular poca energa; por el contrario, si el perodo sin

luz es muy largo, habr que acumular ms energa.

Figura 31: Instalacin Solar fotovoltaica aislada.

El nmero de paneles que se deben instalar debe calcularse teniendo en cuenta:


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La demanda energtica en los meses ms desfavorables.

Las condiciones tcnicas ptimas de orientacin e inclinacin, dependiendo del lugar de

la instalacin.

Para optimizar el sistema es necesario calcular correctamente la demanda con el fin de no

sobredimensionar la instalacin. Conviene utilizar elementos e iluminacin de bajo consumo,

para que de esta manera el sistema sea ms econmico.

Bsicamente estos sistemas fotovoltaicos constan de los siguientes elementos:

Generador fotovoltaico: Transforma la energa del Sol en energa elctrica y carga las

bateras.

Regulador de carga: Controla la carga de la batera evitando que se produzcan

sobrecargas o descargas excesivas que disminuyan la vida til del acumulador.

Puede incorporar un sistema de seguimiento del punto de mxima potencia, que es un

dispositivo que aumenta el rendimiento de la instalacin.

Sistema de acumulacin, bateras: Acumulan la energa entregada por los paneles.

Cuando hay consumo, la electricidad es proporcionada directamente por la batera y no

por los paneles.

Inversor: La corriente que entrega la batera es corriente continua y la mayora de los

elementos de consumo que se comercializan funcionan con corriente alterna. Por este

motivo, se utilizan inversores que convierten la corriente continua en alterna.

Figura 32: Instalacin Solar fotovoltaica para sistema de bombeo.

A continuacin se muestran distintos esquemas de instalaciones aisladas:


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Figura 33: Instalacin aislada con consumos en

CC.

Figura 34: 1Instalacin aislada con consumos en

CA.

Figura 35: Instalacin aislada con consumos en CC

y CA

Figura 36: Instalacin conectada a red con

consumos en CA.

Sistemas conectados a la red elctrica


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Esta aplicacin se ajusta muy bien a la curva de demanda de la electricidad porque el momento

en que ms energa generan los paneles, cuando hay luz Solar, es cuando ms electricidad se

demanda. Para que estas instalaciones sean tcnicamente viables es necesario:

La existencia de una lnea de distribucin elctrica prxima con capacidad para admitir

la energa producida por la instalacin fotovoltaica.

La determinacin, con la compaa distribuidora, del punto de conexin.

Proyectar un sistema que incluya equipos de generacin y transformacin de primera

calidad, con las protecciones establecidas y debidamente verificados y garantizados por

los fabricantes de acuerdo con la legislacin vigente.

Una instalacin realizada por un instalador especializado.

En las instalaciones conectadas a la red, hasta hace poco el tamao de la instalacin no dependadel consumo de electricidad del edificio, ya que la retribucin que se obtena por la venta de la

energa a red era superior que el precio de subministro del usuario, por lo que las centrales

vendan toda su produccin. Desde la entrada en vigor del Real Decreto Ley 1/2012 por el que

se suprimen los incentivos econmicos a la generacin con energa fotovoltaica, las condiciones

econmicas de venta presentan una gran incertidumbre, por lo que hasta que no se esclarezca el

rgimen jurdico a aplicar las instalaciones fotovoltaicas deben disearse para cubrir los

autoconsumos, ahorrndose por tanto el coste de su subministro, lo que dificulta

considerablemente su diseo.

Los elementos que componen la instalacin son:

Generador fotovoltaico: Transforma la energa del Sol en energa elctrica, que se enva

a la red.

Cuadro de protecciones: Contiene alarmas, protecciones, etc..

Inversor: Transforma la corriente continua producida por los paneles en corriente

alterna de las mismas caractersticas que la de la red elctrica.

Contadores: Un contador principal mide la energa producida (kWh) y enviada a la redpara que pueda ser facturada a la compaa segn los precios autorizados. Un contador

secundario mide los pequeos consumos de los equipos fotovoltaicos (kWh) para

descontarlos de la energa producida.


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Figura 37: Componentes de una instalacin conectada a red.

Figura 38: Esquemas de conexin a red.


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Para el clculo de la seccin de los conductores de energa elctrica se utilizarn las

siguientes frmulas:

Tramos monofsicos y de Corriente Continua:

S= (2 * P * L) / K * V * V

tramos trifsicos:

S= (P * L) / (K * V * V)

Calculamos la cada de tensin con las siguientes frmulas:

tramos monofsicos y de Corriente Continua:

V = ( 2 * P * L) / (K * S * V)

tramos trifsicos:

V = (P * L) / (K * S * V)

Donde:

P, es la potencia en watios (W).

V, es la tensin nominal en voltios (V).

S, es la seccin del conductor en mm2

L, es la longitud del tramo en metros.

K, es el coeficiente de conductividad, que vale 56 para el Cu y 35 para el Al.

Los clculos de las secciones de los conductores dependern de la parte del circuito en la que

estemos trabajando:

En c.c. estamos trabajando con tensiones de 12V, 24V, 48V, por lo tanto la intensidad aumenta

haciendo que las prdidas sean importantes debido al calentamiento

Ejemplo secciones, longitudes mximas permitidas:

Este es un ejemplo de cmo se calcularan las longitudes mximas permitidas (expresadas en

metros) para las secciones correspondientes, tomando como datos una tensin y una intensidad

determinadas y aplicando las frmulas anteriormente expuestas.


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Figura 39: Tabla de secciones mximas permitidas.

2.5.

MARCO NORMATIVO

Caben destacar, entre otras, la siguiente normativa de aplicacin:

Ley 54/1997, de 27 de noviembre, del sector elctrico BOE 28 Noviembre 1997.

Real Decreto 1955/2000, de 1 de diciembre, por el que se regulan las actividades de

transporte, distribucin, comercializacin, suministro y procedimientos de autorizacin

de instalaciones de energa elctrica.

Real Decreto 1663/2000, de 29 de septiembre, sobre conexin de instalaciones

fotovoltaicas a la red de baja tensin.

RD 842/2002, de 2 de agosto, por el que se aprueba el Reglamento Electrotcnico para

Baja Tensin.

Real Decreto 661/2007, de 25 de mayo, por el que se regula la actividad de produccin

de energa elctrica en rgimen especial BOE 26 Mayo 2007. Real Decreto 1578/2008, de 26 de septiembre, de retribucin de la actividad de

produccin de energa elctrica mediante tecnologa solar fotovoltaica para

instalaciones posteriores a la fecha lmite de mantenimiento de la retribucin del Real

Decreto 661/2007, de 25 de mayo, para dicha tecnologa BOE 27 Septiembre 2008.

Real Decreto 1565/2010, de 19 de noviembre, por el que se regulan y modifican

determinados aspectos relativos a la actividad de produccin de energa elctrica en

rgimen especial.


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Real Decreto-ley 1/2012, de 27 de enero, por el que se procede a la suspensin de los

procedimientos de preasignacin de retribucin y a la supresin de los incentivos

econmicos para nuevas instalaciones de produccin de energa elctrica a partir decogeneracin, fuentes de energa renovables y residuos.


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3. BIOMASA

3.1. DEFINICIN Y TIPOS

Entre las energas renovables destaca el uso de productos obtenidos a partir de materia orgnica

para producir energa. Estos productos componen lo que se denomina comnmente biomasa,

una definicin que abarca un gran grupo de materiales de diversos orgenes y con caractersticas

muy diferentes. Los residuos de aprovechamientos forestales y cultivos agrcolas, residuosagroforestales, cultivos con fines energticos, combustibles lquidos derivados de productos

agrcolas, residuos de origen animal o humano, etc., todos pueden considerarse dentro de la

citada definicin.

La energa que contiene la biomasa es energa Solar almacenada a travs de la fotosntesis,

proceso por el cual algunos organismos vivos, como las plantas, utilizan la energa Solar para

convertir los compuestos inorgnicos que asimilan (como el CO2) en compuestos orgnicos.

La radiacin visible del Sol incide sobre las plantas que, por medio de la fotosntesis, almacenanenerga en sus tejidos. Esta se utiliza como combustible o como materia prima para obtener

otros productos.

En funcin de si la biomasa ha sido sometida a transformaciones realizadas por el hombre o no,

se puede dividir en:

Biomasa natural: es la que se produce espontneamente en la naturaleza sin ningn tipo

de intervencin humana. La utilizacin de estos recursos requiere de la gestin de su

adquisicin y transporte hasta la empresa lo que puede provocar que su uso sea inviable

econmicamente.

Biomasa residual seca: se incluyen en este grupo los subproductos slidos no utilizados

en las actividades agrcolas, en las forestales y en los procesos de las industrias

agroalimentarias y de transformacin de la madera y que, por tanto, son considerados

residuos. Este es el grupo que en la actualidad presenta un mayor inters desde el punto

de vista del aprovechamiento industrial. Algunos ejemplos de este tipo de biomasa son

la cscara de almendra, el orujillo, las podas de frutales, el serrn, etc.


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Biomasa residual hmeda: son los vertidos denominados biodegradables: las aguas

residuales urbanas e industriales y los residuos ganaderos (principalmente purines).

Cultivos energticos: son cultivos realizados con la nica finalidad de producir biomasa

transformable en combustible. Algunos ejemplos son el cardo (Cynara cardunculus), el

giraSol cuando se destina a la produccin de biocarburantes, etc.

Figura 40: Esquema de proceso de transformacin de la biomasa.

3.2. BIOMASA SLIDA

Segn su origen se puede clasificar en:

Natural. La que se produce en los ecosistemas naturales.

Residual:

o Forestal: Estos residuos estn constituidos por ramas, cortezas, virutas, serrn,

hojas, tocones y races. Estos residuos proceden de los tratamientos y

aprovechamientos de las masas vegetales, a travs de operaciones extractivas,

transporte y procesado (compactado, densificado, astillado).

o Agrcola leosa: Procedente de la poda de viedos y frutales.

o Agrcola herbcea: Procedente de las explotaciones de cereales (paja).

o Industrial maderera: La cual se deriva de los procesos de transformacin de la

madera (serrn, astillas, cortezas).

o Industrial agrcola: Derivada de los procesos de cosecha y procesado de

productos agrcolas como la uva y la oliva.


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o Desechos slidos orgnicos: Se consideran residuos slidos urbanos a aquellos

materiales generados en los procesos de transformacin, utilizacin, consumo o

limpieza llevados a cabo en ncleos urbanos, es decir, son los residuos slidos

municipales y los residuos comerciales e industriales.o Residuos de ganadera.

o Cultivos energticos: Pueden ser de dos tipos: herbceos o leosos. Como

ejemplos nos encontramos con madera, caa de azcar, maz.

Girasol Sorgo Cardo

o

Principales combustibles que se obtienen:

Lea.

La lea es el combustible que ms se ha utilizado en la historia, un biocombustible totalmente

renovable. Con las calderas de lea de alta eficiencia se logra una combustin ptima de la lea

consiguiendo un importante incremento de confort y de rendimiento energtico con respecto a

las lareiras convencionales.

Astillas.

Las astillas de madera son restos de la industria forestal triturados, con un tamao de entre 30 y

50 mm, compuestos bsicamente de madera. Las calderas de astillas automticas pueden

funcionar tanto con astillas forestales directamente trituradas con cierto contenido de humedad,

como con residuos de la industria maderera ms secos (virutas, pequeos trozos de madera, ...)

como con pellet de madera.


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Figura 41: Proceso de obtencin de astilla.

Pellets y Briquetas

Los pellets de madera estn compuestos al 100% de residuos naturales de madera, serrn y

virutas que se producen en grandes cantidades en la industria maderera. Como ayuda para lacompresin slo se utilizan residuos de la industria alimenticia con contenido en almidn (como

el almidn de maz), de forma que no es necesario ningn aglomerante sinttico. La materia

prima se comprime a grandes presiones y se pelletiza.

Los pellets de madera estn normalizados (segn NORM M 7135/ DIN 51731 y DIN plus) y

se comercializan bajo marcas con certificado de calidad. Son adecuados para una calefaccin

totalmente automtica, fciles de transportar y almacenar. Las cenizas se pueden utilizar sin

ningn problema como abono para el jardn.


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Ya que el poder calorfico de distintas maderas vara muy poco segn su peso, la siguiente

frmula es bastante aproximada:

1 Litro de gasleo = 2 kg de pellets.

Datos caractersticos del Pellet aproximados:

Poder calorfico Pellet:5 kWh/kg

Densidad a granel:650 kg/m3

Dimetro: 6 - 8 mm

Longitud: 5 - 48 mm

Contenido de agua:< 10%

Peso especfico: 1,1 - 1,2 kg/dm3

Porcentaje de polvo: max. 1%

Contenido de ceniza:< 0,5%

Materia prima: Residuo natural de serrn y viruta

Consumo de energa en la produccin: aprox. 2 - 3% del contenido energetico

Sin aditivos qumicos, aditivo de prensado natural (almidon < 2,0%)

Para obtener este tipo de combustibles se utilizan entre otras:

Prensas de pistn hidrulicas. En este tipo de mquinas la presin se

produce mediante la accin de varios pistones accionados hidrulica o

neumticamente. Admiten como materia prima residuos de muy baja

calidad no siendo muy elevada la densidad alcanzada (600-800 kg/m3).

Se trata de equipos de muy bajo consumo y mantenimiento rondando las

producciones habituales los 500 kg/h.


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Figura 42: Prensa de pistn hidrulica.

Prensas de tornillo. El incremento de presin es debido al desplazamiento del material, debido a

un tornillo sinfn, a travs de una cmara que se estrecha en la direccin de desplazamiento. Lasproducciones horarias obtenidas pueden alcanzar los 2500 kg/h con densidades incluso

superiores a los 1300 kg/m3.

Figura 43: Prensa de tornillo Figura 44: Esquemas de densificacin por

extrusin y por impacto.

3.3. APLICACIONES DE LA BIOMASA SLIDA


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Figura 45: Distintas aplicaciones de los residuos orgnicos.

3.3.1. CALOR

Las aplicaciones trmicas con produccin de calor y agua caliente sanitaria son las ms

comunes dentro del sector de la biomasa slida.

En general, se puede decir que las calderas de biomasa son prcticamente idnticas a las

calderas convencionales de combustibles fsiles, existiendo distintas calidades en funcin de las

necesidades existentes y de la inversin inicial planteada. Como diferencia ms significativa en

el funcionamiento de las calderas de biomasa est la mayor inercia trmica de este tipo de

equipos respecto a las calderas convencionales, lo que hace que sea necesario instalar

acumuladores de inercia con volmenes ligeramente superiores para ajustar el funcionamiento a

las demandas existentes.

Una red de calefaccin centralizada, conocida en ingls como district heating, supone elsiguiente nivel dentro de las aplicaciones trmicas de la biomasa. Este tipo de instalaciones

estn muy extendidas en el Centro y Norte de Europa. La red de calor y agua caliente llega no

slo a urbanizaciones y otras viviendas residenciales sino tambin a edificios pblicos, centros

deportivos, complejos comerciales y un amplio elenco de edificios e incluso industrias. El

mayor tamao en comparacin con los combustibles fsiles, tanto de las calderas como de los

silos de almacenamiento del combustible, requiere de instalaciones exclusivas para estas

centrales trmicas. En Espaa estn inicindose las primeras redes de climatizacin

centralizada alimentadas con biomasa, las cules no slo proveen de calefaccin en invierno a


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los usuarios sino que permiten la distribucin de fro para la climatizacin de las viviendas y

otros edificios en verano.

Algunas caractersticas de estes sistemas son las siguientes:

Los sistemas modernos de biomasa trabajan tcnicamente igual que los sistemas con

combustible convencional.

Es necesario algo ms de espacio, para la caldera y el silo de acumulacin de la carga,

equivalente al depsito de combustible de una caldera convencional.

Es recomendable firmar un contrato de suministro de pellets, a varios aos, con garanta

de calidad, cantidad y precio.

Antes de acometer la instalacin se debe dimensionar cuidadosamente cada parte, en

especial la potencia de la caldera y las dimensiones del silo. Las calderas modernas de pellets reciben el combustible en camiones, lo extraen

automticamente del almacn y lo queman.

En general, disponen de encendido, apagado, y limpieza de cenizas automticos.

Tienen rendimientos similares a los de una buena caldera de gas o gasoil.

Pueden funcionar de una manera complementaria con otras energas, como puede ser la

Solar trmica.

Pueden ser utilizadas en redes de calefaccin centralizada o district-heating.

Figura 46: Calderas de biomasa.


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En general se utilizan silos o fosos como sistemas de almacenamiento, de donde se extrae la

biomasa mediante tornillos sinfn o sistemas hidrulicos. Este proceso est totalmente

automatizado.

Figura 47: Ejemplos de diferentes sistemas de alimentacin.

Tipologa de calderas para su uso como calefaccin

Calderas de llama invertida para la combustin de madera en tarugos

La combustin de la lea para quemar sigue siendo la forma ms comn de utilizar la biomasa

para la calefaccin domstica. Debido a la necesidad de carga manual de los tarugos, las

calderas de lea tienen potencia limitada a unas decenas de kW, y su uso ms adecuado es la

calefaccin de casas aisladas de uno o pocos pisos.

Las calderas de llama invertida tienen esta denominacin por la posicin de la cmara decombustin, situada debajo del hueco en el que se carga la lea.

Normalmente, se trata de calderas equipadas con un rotor para la circulacin forzada del aire

comburente. En algunos modelos (de aire soplado), el rotor se encuentra en el lado anterior de la

caldera y empuja el aire en el interior hacindolo fluir a travs del combustible hasta la salida de

humos. En otros modelos, el rotor se encuentra en la parte posterior, en el lugar de la salida de

humos, y aspira los gases de combustin creando una depresin en la caldera que permite la

atraccin del aire comburente desde el exterior.


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Calderas de astillas

Las calderas de astillas utilizan madera cortada en pequeos trozos de unos centmetros de

tamao, cargados automticamente a travs de dispositivos mecnicos especiales. El

combustible procede de materiales diferentes, como podas desmenuzadas, deshechos de serrera

o biomasa procedentes de las actividades forestales (corte de monte bajo, aclareos, cortes de

conversin, etc.).

Los sistemas de astillas estn totalmente automatizados y no tienen lmite de tamao, pudiendo

alcanzar potencias de incluso varios MW trmicos. El rendimiento y el confort son los mismos

que los de las calderas de gas o gasleo. Por sus caractersticas de automatizacin y ahorro de

actividad, los sistemas de astillas estn especialmente indicados para la calefaccin en edificios

de tamao medio o grande, como hoteles, escuelas, comunidades, hospitales y centroscomerciales.

Calderas de pellets

Las calderas de pellets, como las de astillas, requieren un contenedor para el almacenaje del

combustible situado cerca de la caldera. Desde el mismo, un alimentador de tornillo sin fin lo

lleva a la caldera, donde se realiza la combustin. Los quemadores de pellet para su uso en

calderas de gasleo se ponen en la parte anterior de la caldera. Se alimentan desde arriba y

queman el pellet, desarrollando una llama horizontal que entra en la caldera, como suele suceder

en los sistemas de gasleo.

En cualquier caso, el encendido es automtico y muy rpido, gracias a una resistencia elctrica.

En los sistemas ms avanzados la regulacin del aire comburente y del flujo de combustible se

realizan automticamente gracias a un microprocesador. Estas caractersticas de sencillez de

empleo y de automatizacin confieren a los sistemas de calefaccin de pellets un elevado nivel

de confort.

3.3.2. ELECTRICIDAD

La produccin de electricidad precisa de sistemas ms complejos, centrales con grandes

calderas que conllevan grandes inversiones en dinero y tecnologa. En Espaa todava hay pocas

plantas de produccin elctrica a partir de la biomasa, y la mayor parte de la potencia instalada

procede de instalaciones ubicadas en industrias que tienen asegurado el combustible con su

propia produccin. Esta aplicacin est poco extendida debido a diversos factores como el bajo

poder calrico de la biomasa o su elevado porcentaje de humedad.

El sistema convencional de generacin consiste en producir vapor de agua en la caldera de

biomasa y a partir de l generar electricidad en una turbina de vapor. El bajo poder calorfico


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encarece el transporte de la biomasa por lo que las centrales ven acotada su potencia elctrica.

Con ello, el rendimiento del ciclo termodinmico de las centrales se ve limitado ya que para

incrementar rendimientos es necesario trabajar a elevadas temperaturas y presiones lo que

encarecera los costes inversin de la central y stos no se justifican para bajas potencias.

Como consecuencia, el rendimiento elctrico de estas instalaciones apenas alcanza el 20%, por

lo que no resultan aprovechamientos energticamente eficientes, salvo que se combine con

aprovechamientos residuales de calor (cogeneracin).

Figura 48: Esquema de generacin a partir de biomasa.


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Figura 49: Distintos esquemas de instalacin de produccin a partir de biomasa.

3.4. BIOCOMBUSTIBLES

Los productos procedentes de la biomasa que se utilizan para fines energticos se denominanbiocombustibles, pudiendo ser, segn su estado fsico, biocombustibles slidos, lquidos y

gaseosos. Los biocombustibles slidos (biomasa slida) se han tratado en el apartado anterior,

por lo que a continuacin se tratar nicamente los biocombustibles lquidos y los gaseosos.

Dada la gran cantidad y alto grado de especifidad de los diferentes procesos de fabricacin de

biocombustibles, en el presente apartado se pretende dar una breve orientacin de los mismos y

de los principales usos de los distintos biocombustibles pero sin entrar en profundidad en cada

uno de ellos.

Biocombustibles lquidos o biocarburantes: se denominan as a una serie de

productos de origen biolgico utilizables como combustibles de sustitucin de los

derivados del petrleo o como aditivos de stos para su uso en motores. Son, por un

lado, los bioaceites o biodieseles y, por otro, el bioetanol y sus derivados. Los primeros

se pueden utilizar en substitucin del gasleo y los segundos en substitucin de la

gasolina.

La percepcin actual es que los biocarburantes no podrn sustituir a corto plazo a los

combustibles fsiles, pero s complementarlos en forma de diferentes mezclas con el fin


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de reducir la dependencia respecto del petrleo, a diferencia de otras alternativas que

son excluyentes (por ejemplo, los gases licuados del petrleo) y necesitan cierta

duplicacin de las infraestructuras de distribucin. En este sentido, los biocarburantes

pueden utilizar la misma red logstica de distribucin que los combustibles fsiles.

Figura 50: Esquema de utilizacin de biocarburantes.

Figura 51: Proceso de fabricacin de biodiesel.


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Figura 52: Planta de produccin de biodiesel.

Biocombustibles gaseosos: Entre los biocombustibles gaseosos que se pueden obtener

a partir de la biomasa destacan el gas de gasgeno y el biogs.

a) Gas de gasgeno. Al someter la biomasa dentro de los gasgenos a altas

temperaturas (entre 800 y 1.500C) en ausencia de oxgeno, se originan

productos gaseosos, (N2, CO, H2, CH4 y CO2) en proporciones variables. En

principio, el destino del gas de gasgeno suele ser la produccin de calor por

combustin directa en un quemador o la generacin de electricidad por medio

de un motor o turbina.

b) Biogs. Se genera mediante un proceso de digestin anaerobia. Una vez

depurado el biogs presenta una composicin similar al gas natural, por lo que

puede utilizarse en las mismas aplicaciones que este.


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Figura 53: Esquema de una planta de biogs.

Comparativa:

Figura 54: Equivalencia del biogs con otros combustibles.

3.5. EL MARCO NORMATIVO

Unin Europea (entre otras)

Decisin N 548/2009/CE de la Comisin, de 30 de junio de 2009 , por la que se

establece un modelo para los planes de accin nacionales en materia de energa

renovable en virtud de la Directiva 2009/28/CE del Parlamento Europeo y del Consejo.


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DIRECTIVA 2009/28/CE del Parlamento Europeo y del Consejo de 23 de abril de 2009

relativa al fomento del uso de energa procedente de fuentes renovables.

Directiva 2003/30/CE establece que un 2% para el 2005; un 5,75% para 2010 y 10%

para 2020 de combustible utilizado para el transporte sea procedentes de biocarburantespara todos los estados miembros. Esta propuesta se enmarca dentro de un Plan Europeo

global de sustituir el 20% de los combustibles convencionales por energas renovables

para 2020.

REGLAMENTO (CE) no 1698/2005 DEL CONSEJO de 20 de septiembre de 2005

relativo a la ayuda al desarrollo rural a travs del Fondo Europeo Agrcola de Desarrollo

Rural (FEADER)

Directiva 2003/96/CE del Consejo, de 27 de octubre de 2003, por la que se reestructura

el marco comunitario de imposicin de los productos energticos y de la electricidad

REGLAMENTO (CE) No 1782/2003 DEL CONSEJO de 29 de septiembre de 2003 por

el que se establecen disposiciones comunes aplicables a los regmenes de ayuda directa

en el marco de la poltica agrcola comn y se instauran determinados regmenes de

ayuda a los agricultores.

ESPAA:

Real Decreto 314/2006, de 17 de marzo por el que se aprueba el Cdigo Tcnico de la

Edificacin. Real Decreto 1027/2007, de 20 de julio, por el que se aprueba el Reglamento de

Instalaciones Trmicas en los Edificios.

Circular 2/2009, de 26 de febrero, de la Comisin Nacional de Energa, por la que se

regula la puesta en marcha y gestin del mecanismo de fomento del uso de

biocarburantes y otros combustibles renovables con fines de transporte.

ORDEN ITC/2877/2008, de 9 de octubre, por la que se establece un mecanismo de

fomento del uso de biocarburantes y otros combustibles renovables con fines de

transporte. REAL DECRETO 61/2006, de 31 de enero, por el que se determinan las

especificaciones de gaSolinas, gasleos, fuelleos y gases licuados del petrleo y se

regula el uso de determinados biocarburantes.

Real Decreto-ley 6/2000, de 23 de junio, de Medidas Urgentes de Intensificacin de la

Competencia en Mercados de Bienes y Servicios (Artculo 6: Utilizacin de

Biocombustibles).


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4. ENERGA GEOTRMICA

Energa geotrmica es aquella energa almacenada bajo la superficie terrestre en forma de calor

y que es susceptible de poder aprovecharse, a travs de diferentes mtodos y para diferentes

usos.

La diferencia de temperatura entre la superficie terrestre y su ncleo, provoca la existencia de un

gradiente trmico (C/m) que, a su vez, produce un flujo de calor desde el ncleo a la corteza,

siendo la variacin de temperatura de entre 1,5 y 3 C por cada 100 m de profundidad, o lo que

es lo mismo, de entre 15 y 30 C por cada km de profundidad.

Corteza, 70 km, 15 1000 C

Manto, 2000 km, 3000 C

Ncleo externo, 4000 km. 4000 C

Ncleo interno, 6000 km, 5000 C

Figura 55: Principales capas de la Tierra.

Hasta hace unos pocos aos la energa geotermia era una gran desconocida en nuestro pas,

siendo una de las fuentes de energa renovables menos explotada. Las causas han sido diversas:desconocimiento de la tecnologa, confusin entre los diferentes tipos de aprovechamientos de

esta fuente de energa, etc.

Las caractersticas ms destacables de la energa geotrmica, son:

Virtualmente inagotable: Los recursos geotrmicos disponibles son mayores que los del

carbn, del petrleo, del gas natural y del Uranio juntos, estimndose una disponibilidad

permanente de unos 40 millones de MW.

Independencia del exterior.


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No depende ni de la temperatura del aire ni de la influencia del Sol (excepto cerca da

superficie).

Es una fuente de energa estable.

No est sujeta a polticas de precios.

No es transportable como energa primaria.

Los aprovechamientos geotrmicos se pueden clasificar en funcin de la temperatura existente

(o, ms tcnicamente, potencial entlpico), lo que en la prctica condiciona sus posibilidades de

utilizacin:

Yacimientos de muy alta entalpa (Temperatura > 150 C): su principal aplicacin ser

el uso de los fluidos termales (vapor) para la produccin de energa elctrica.

Yacimientos de alta y media entalpa (Temperatura entre 80 y 150 C): sus principalesaplicaciones sern el uso para la produccin de energa elctrica en ciclos con fluidos

voltiles, sistemas de calefaccin de distrito district heating o produccin de fro por

absorcin. Tambin se utilizan estos yacimientos para usos asociados al termalismo.

Yacimientos de baja entalpa (Temperatura entre 30 y 80 C): Destaca su uso directo en

aplicaciones termales y la produccin de calor para calefaccin y procesos industriales.

Finalmente tenemos los aprovechamientos geotrmicos de muy baja entalpa

(Temperatura < 30 C): requieren de la intervencin de bombas de calor, conocidas

como bombas de calor geotrmicas (BCG), para proporcionar calefaccin, ACS y/o

refrigeracin.

Este ltimo tipo de aprovechamientos geotrmicos, que sern el eje central del desarrollo de este

apartado del tema, no requiere de condiciones extraordinarias del terreno y su disponibilidad

como fuente de energa permite una gran variedad de aplicaciones trmicas. Las ventajas de las

BCG son mltiples y destacan:

Cumple con el concepto de ahorro y eficiencia energticos: proporciona entre el 40% y

el 60% de ahorro de la energa primaria que se utiliza en climatizacin.

Cumple con los requisitos para ser una fuente de energa renovable segn la Directiva

2009/28/CE, relativa al fomento del uso de energa procedente de fuentes renovables, en

su artculo 2 define la energa procedente de fuentes renovables como la energa

procedente de fuentes renovables no fsiles, es decir, energa elica, Solar,

aerotrmica, geotrmica, hidrotrmica y ocenica, hidrulica, biomasa, gases de

vertedero, gases de plantas de depuracin y biogs(ver la Instruccin 6/2010, de 20

de septiembre, de la Direccin Xeral de Industria, Enerxa e Minas, para que las

instalaciones que emplean bombas de calor geotrmicas para la produccin de


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calefaccin, agua caliente sanitaria y/o refrigeracin puedan ser consideradas como

instalaciones que emplean fuentes de energa renovables).

Su instalacin proporciona una serie de ventajas en cuanto a integracin arquitectnica,

facilidad de mantenimiento y escasez de ruido. Todos los sistemas y elementos empleados en este tipo de instalaciones se basan en

tecnologas y dispositivos bien conocidos, los cuales se encuentran disponibles en el

mercado.

La BCG destaca por su capacidad de integrarse con otras fuentes de energa renovables.

Como conclusin a esta introduccin indicar que, aunque las instalaciones de BCG son de

reciente aplicacin en Espaa, es una tecnologa ampliamente difundida en la mayora de pases

del Norte de Europa, Estados Unidos, Canad, etc., lo que implica la posibilidad de acceder a un

importante volumen de informacin sobre todos los aspectos a tener en cuenta a la hora de

disear y llevar a cabo estas instalaciones. En esta lnea cabe destacar la novedad y

especificidad de las instalaciones de BCG, ya que obliga a los instaladores a manejar conceptos

alejados de los, hasta ahora, tpicos en el sector de la climatizacin, como son el conocimiento

del propio terreno o la necesidad de construir perforaciones y/o zanjas, lo que implicar la

necesidad de que los instaladores y mantenedores de las BCG deban adquirir la necesaria

formacin en estos nuevos mbitos para que las instalaciones sean diseadas y ejecutadas de tal

manera que su funcionamiento sea el adecuado y proporcionen todas las ventajas enumeradas.

4.1. LOS SISTEMAS DE BOMBA DE CALOR GEOTRMICA

Existen diversos sistemas de intercambio de calor asociados a la BCG, y cabe distinguir entre

los sistemas de:

Circuito abierto: en estos sistemas se realiza la captacin de un recurso hdrico,

acufero, lago, ro, etc., para intercambiar calor devolvindose posteriormente el recurso

a su origen.

Circuito cerrado: en estos sistemas es un fluido caloportador dentro de una tubera el

que realiza el intercambio, generalmente con el suelo aunque tambin se puede realizar

con una masa de agua. En este apartado, cabe destacar por su enorme potencial, las

denominadas cimentaciones termoactivas, en las que se aprovecha la propia estructura


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del edificio (pilotes, pantallas, muros o losas) para ubicar las tuberas de intercambio de

calor.

Los sistemas ms empleados, y en los que se va a centrar este Tema, lo constituyen los sistemas

geotrmicos de circuito o bucle cerrado enterrados en el subsuelo y que emplean como fluido

caloportador agua o agua con anticongelante.

4.1.1. FUNCIONAMIENTO DE LAS BCG

En la figura siguiente se observa el esquema de funcionamiento de la BCG en los modos verano

e invierno.

En general, una bomba de calor es una mquina que transfiere el calor desde un foco fro a otro

caliente utilizando una cantidad de trabajo/energa relativamente pequea.

La ventaja que poseen las bombas de calor frente a otros sistemas, reside en su capacidad para

aprovechar la energa existente en el ambiente (foco fro), tanto en el aire como en el agua o la

tierra, y que le permite calefactar las dependencias interiores (foco caliente) con una aportacin

relativamente pequea de energa elctrica.

Figura 56: Esquema de funcionamiento de la BCG.


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Cuando se realiza la transferencia de calor en sentido inverso, es decir, desde el recinto que

requiere fro hacia el ambiente que se encuentra a temperatura superior, la bomba de calor

trabaja en modo refrigeracin.

La BCG extrae energa trmica del suelo en invierno transfirindola al interior, mientras que en

verano extrae el calor del interior y lo devuelve al subsuelo. Tanto la potencia calorfica o

frigorfica de la bomba de calor como la eficiencia energtica pueden variar segn la

temperatura de trabajo, independiente de las eficiencias mecnicas y trmicas de los distintos

componentes de la mquina.

4.1.2.

SISTEMAS DE CAPTACIN DE ENERGA GEOTRMICA.

Existen 2 tipos de sistemas de captaciones geotrmicas:

Sistemas de captacin horizontal: En este sistema de captacin, la energa geotrmica se

aprovecha mediante un conjunto de tubos enterradas y dispuestas horizontalmente en el

terreno, siendo recomendable que la profundidad de soterramiento no sea inferior a los

1,20 m. La BCG impulsa el fluido caloportador a travs de los tubos as dispuestos,

producindose el intercambio de calor con el terreno.

Figura 57: Sistemas de captacin horizontal: Esquema de climatizacin de una piscina con apoyo

geotrmico.

Sistemas de captacin vertical: En este sistema de captacin, la energa geotrmica se

aprovecha mediante una o varias perforaciones o sondeos practicados en el terreno,

hasta una profundidad aproximada de 150 m. La BCG impulsa el fluido caloportador a

travs de los tubos as dispuestos, producindose el intercambio de calor con el terreno.


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Figura 58: Sistemas de captacin vertical: Tipos de captadores verticales en sondas geotrmicas.

4.1.3. CARACTERSTICAS DE DISEO Y EJECUCIN DE LAS INSTALACIONES

GEOTRMICAS

Con independencia del sistema de captacin adoptado, horizontal o vertical, las instalaciones

que empleen BCG se disearn y se ejecutarn de manera que su funcionamiento se ajuste a las

exigencias establecidas en las normas legales de aplicacin (Real Decreto 1027/2007, de 20 de

julio, por el que se aprueba el Reglamento de Instalaciones Trmicas en los Edificios (RITE) y

Real Decreto 314/2006, de 17 de marzo, por el que se aprueba el Cdigo Tcnico de la

Edificacin).

Para ello, debern tenerse en cuenta las siguientes caractersticas y parmetros de la instalacin

geotrmica que se pretende realizar, las cuales debern ser especificadas en la fase de diseo:

La conductividad trmica del terreno ().

Las caractersticas trmicas y composicin del fluido caloportador, y que de manera

general deber estar formado por una Solucin biodegradable y no txica, que adems,

evite la formacin de hielo en el evaporador de la BCG.

El nmero de perforaciones o sondeos.

La profundidad de los sondeos.

El nmero de tuberas o sondas introducidas en cada perforacin (llamados

indistintamente intercambiadores de calor o sondas geotrmicas).


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El material de las tuberas (por ejemplo, segn los materiales indicados en las normas

DIN 8074 o DIN 8075).

El dimetro de los sondeos.

La separacin entre los sondeos.

El dimetro de las sondas.

El material de relleno de las perforaciones, su composicin y sus caractersticas

trmicas (por ejemplo, segn los materiales indicados en la norma VDI 4640).

El nmero de colectores, y sus dimetros, que conectarn las sondas de captacin con la

BCG, y dispondrn de todos los elementos de seguridad, de regulacin y de control para

el adecuado funcionamiento de la instalacin.

Tambin debern tenerse en cuenta las siguientes observaciones: Todos los materiales y dispositivos empleados en la instalacin, debern ser resistentes

a la corrosin y disponer de su correspondiente marcado CE o equivalente.

Se realizarn todas las comprobaciones, pruebas y verificaciones necesarias y que

aseguren el adecuado funcionamiento de la instalacin (cabe destacar las exigidas en el

Real Decreto 1027/2007).

Los responsables finales del diseo y ejecucin de la instalacin geotrmica, debern

adoptar todas las medidas preventivas adecuadas para evitar, o minimizar, los impactos

ambientales que puedan influir negativamente en el terreno:

Pequeas fugas de gasleo o aceites.

Afecciones con los posibles acuferos afectados por las perforaciones.

Fugas de fludo caloportador. En las instalaciones en circuito cerrado nunca

deberan producirse.

4.2. TEST DE RESPUESTA TRMICA (TRT)

Para el diseo de las instalaciones que emplean BCG, es conveniente hacer un pequeo repaso a

las variables principales a tener en cuenta en la instalacin geotrmica que se pretenda realizar.

Estas variables son:

La conductividad trmica del terreno (, que se mide en W/mC).


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El gradiente geotrmicoes la variacin de temperatura en funcin de la profundidad

(se mide en C/my tiene una valor medio para todo el planeta de 3,3 C cada 100 m).

El flujo de calor se calcula multiplicando el gradiente geotrmico por la

conductividad trmicadel terreno (se mide en W/ m2).

Desde el punto de vista prctico, un mtodo til para conocer las propiedades trmicas del

terreno es a travs de un Test de Respuesta Trmica (TRT), que, de manera resumida, consiste

en:

En la zona en que se pretende realizar la instalacin se practicar en un pozo piloto, que

luego se convertir en un pozo ms de la instalacin.

Se llena el pozo con, por ejemplo, agua o agua tratada.

Se aplica una carga trmica en el pozo piloto y se mide el cambio de temperatura queste experimenta, que ser el resultado del TEST.

No obstante, el TRT slo es aconsejable y rentable realizarlo en aquellas instalaciones que

requieran de un nmero grande de pozos (pe: edificios comerciales), lo que implica que la

potencia de la BCG ha de ser tambin grande (algunos autores recomiendan hacer el TRT para

instalaciones de ms de 30 kW. En las pequeas instalaciones, por ejemplo en viviendas

unifamiliares, en vez de hacer el TRT, lo que se hace normalmente es estimar estos parmetros,

recurriendo al empleo de Tablas en las que se establece, de forma genrica, cul es la

conductividad trmica del terreno, en funcin del material que lo constituye. Debe remarcarse

que la extrapolacin a travs de tablas constituye un mtodo de aproximacin, por lo que habr

que emplearlo con precaucin para no cometer grandes errores en la determinacin de ,

conductividad trmica del terreno.

En la tabla siguiente se muestran los valores de conductividad trmica en funcin del tipo de

terreno, y para los terrenos ms habituales en Galicia.

TIPO DE TERRENO CONDUCTIVIDAD (

)

Magmatita silcea (ej. granito)

Magmatita bsica (ej. basalto)

Gneis

Esquisto (ej. pizarra)

Grava, arena secas

3,0 W/(m K)

1,7 W/(m K)

2,9 W/(m K)

2,1 W/(m K)

0,4 W/(m K)


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Grava, arena, saturadas de agua

Arcilla y barro hmedos

Piedra caliza

Arenisca

1,8 W/(m K)

2,0 W/(m K)

2,8 W/(m K)

2,3 W/(m K)

Tabla 1: Valores de conductividad trmica del terreno. Tipologa de terrenos habituales en Galicia.

Para que en una instalacin podamos emplear, con la precaucin ya indicada, las tablas de

conductividad trmica genricas, debern tenerse en cuenta los siguientes aspectos:

La distancia mnima entre dos sondas de captacin debe de ser de al menos 6 m.

En instalaciones que slo funcionen en rgimen de calefaccin, se disearn los sondeos

lo ms espaciados y profundos posibles.

En instalaciones que funcionen en rgimen de calefaccin y refrigeracin se procurar

no bajar de los 120-130 m de profundidad.

La distancia mnima de separacin con los edificios existentes o lindes de parcela, ser

de 2 m.

Para un primer predimensionamiento, en Galicia de media, se puede considerar una capacidad

de intercambio con el terreno de 50 W/m de sonda.

4.3. DISEO DE UNA INSTALACIN GEOTRMICA

4.3.1. ELECCIN DE LA BOMBA DE CALOR

Para formular las ecuaciones que reflejen el rendimiento de la mquina, se considerar formadapor: un compresor que aspira un gas a baja presin y lo comprime hasta una presin elevada; un

condensador, donde el gas se enfra y sale en forma de lquido saturado o subenfriado; una

vlvula de expansin, de donde sale en forma de mezcla lquido-vapor; y un evaporador, donde

la fase lquida pasa a vapor; el vapor saturado o ligeramente sobrecalentado es absorbido al

compresor, completndose el ciclo.

El balance de energa alrededor de la mquina permite formular (ecuacin 1):

Pe+ PE= PC+ Pp


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Donde;

Pe= Potencia elctrica consumida en la operacin.

PE= Potencia frigorfica (calor extrado del exterior).

PC= Potencia trmica (calor cedido al exterior).

Pp= Potencia perdida, debida a rozamientos e imperfecciones.

La eficiencia de la mquina se expresa por medio de un coeficiente internacionalmente

aceptado, conocido como COP (Coeficient of Performance) para calefaccin y EER (Energy

Efficient Ratio) para refrigeracin, y que se define como el cociente entre la energa til

obtenida de la mquina y la energa de todo tipo que dicha mquina ha consumido en el proceso.

Si se considera la mquina como productora de fro, determinaremos su eficiencia frigorfica,mientras que si la consideramos productora de calor, se obtendr una eficiencia trmica.

EER = PE/Pe

COP = PC/Pe

La seleccin de la bomba de calor se realiza a partir de un clculo de cargas trmicas de acuerdo

a las exigencias de diseo y dimensionado especificadas en el Real Decreto 1027/2007, por el

que se aprueba el RITE. En funcin de uso previsto se intentar mximizar el COP o el EER.

Por ltimo, en el borrador de la orden, de la comunidad autonmica de Galicia, que regula el

aprovechamiento de la energa geotrmica en las instalaciones trmicas para la produccin de

calefaccin, climatizacin y agua caliente en edificios, tendrn la consideracin de instalaciones

que emplean fuentes de energa renovables cuando el rendimiento de la bomba de calor, medido

en trminos de coeficiente de eficiencia energtica en modo de calefaccin (COP), tiene un

valor mnimo de 4 en circuito cerrado y de 5 en circuito abierto.

4.3.2. ELECCIN DEL FLUIDO CIRCULANTE

El fluido circulante por el intercambiador de calor enterrado es agua o agua con anticongelante,si se prev en diseo que el intercambiador geotrmico alcanzar temperaturas bajas (elevado

funcionamiento en calefaccin, temperaturas fras de terreno, etc.). La eleccin del fluido

depender de distintos factores:

Caractersticas de transferencia de calor (conductividad trmica y viscosidad)

Punto de congelacin

Requerimientos de presin y cadas de presin por rozamiento

Corrosividad, toxicidad e inflamabilidad


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Coste.

4.3.3.

ELECCIN DE LA CONFIGURACIN A EMPLEAR

Las tipos de configuraciones ms usuales suelen atender a los siguientes criterios de

clasificacin:

Segn el tipo de instalacin:

o Horizontal (segn el nmero de tubos puede ser: simple o doble).

o Vertical (segn el tipo de tubera instalada: simple U, doble U o coaxial).

o Slinky (en zanja horizontal o en zanja vertical).

Segn la trayectoria del fluido:

o Serie.

o

Paralelo.

Figura 59: Tipos de configuraciones ms usuales.


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La seleccin de un intercambiador de calor horizontal, vertical o slinky depender de la

superficie de terreno disponible, la potencia a disipar y los costes de instalacin. Generalmente

los sistemas horizontales se emplean para instalaciones de baja potencia (viviendas) con grandes

superficies disponibles, mientras que los sistemas verticales permiten la ejecucin de grandesinstalaciones con una perfecta integracin en la edificacin y sin hipotecar grandes superficies

de terreno. La configuracin slinky es una variante de la horizontal que se emplea para instalar

la mayor longitud de intercambiador con la menor excavacin posible.

En las Figuras siguientes se muestran las distintas configuraciones segn la trayectoria del

fluido.

En las instalaciones en serie hay solamente una trayectoria para el fluido, mientras que en un

sistema en paralelo el fluido puede tomar dos o ms trayectorias en alguna parte del circuito.El diseado seleccionar un modo de circulacin u otro teniendo en cuenta las ventajas e

inconvenientes que se citan a c

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