Energies renovables

Una part molt important de l’energia que consumim avui en dia prové de la utilització de fonts d’energia exhauribles, normalment procedents de derivats del petroli o del carbó. La combustió d’aquests recursos comporta l’alliberament de gasos que tenen efectes negatius en la salut de les persones (per exemple NOx) o agreugen el canvi climàtic (CO2).

Les energies renovables procedeixen de fonts d’energia que no s’exhaureixen, bàsicament la radiació solar i el calor de la terra. Utilitzar aquestes fonts d’energia ens permet reduir la factura ambiental i també l’econòmica. Durant dècades s’han anat millorant les diferents tecnologies que permeten aprofitar les fonts d’energia renovables, i actualment totes les que comentarem són tecnologies madures que ofereixen alts rendiments a preus assumibles.

Biomassa

La biomassa residual (fems, residus forestals, agrícoles o domèstics) o la generada en conreus energètics (forestals o plantes anuals) o la de la fracció orgànica dels residus sòlids urbans i els fangs d’estacions depuradores d’aigües residuals (per obtenir biogàs o biocombustibles) permeten obtenir combustibles gasosos, líquids o sòlids.

La biomassa com a font d’energia produeix menys emissions que els recursos convencionals, com el gas natural i el carbó. A més, l’aprofitament energètic de la biomassa forestal no té un impacte mediambiental significatiu, ja que el CO2 que s’allibera a l’atmosfera durant la combustió ha estat prèviament captat pels vegetals durant el seu creixement; per tant, el balanç final és nul. La seva utilització també ajuda a reduir les emissions de sulfurs (SO2) i d’òxids de nitrogen (NOx) a l’atmosfera.

Els residus agrícoles i forestals, després de ser transformats per diversos processos, donen lloc a uns productes que tenen aplicacions diverses. D’una manera directa, la combustió dels residus forestals i agrícoles pot ser una font energètica per a calefacció dins l’àmbit de l’edificació, tant en instal·lacions individuals com col·lectives. Per mitjà del tractament de combustió també es genera vapor, que es pot utilitzar en una turbina per produir energia mecànica i, si s’escau, fer moure un generador i obtenir energia elèctrica. A través dels tractaments biològics i termoquímics obtenim l’anomenat biogàs i també combustibles fluids que es poden utilitzar en motors alternatius i turbines de gas per produir electricitat.

Dins el sector de la construcció, les calderes de biomassa han experimentat, en els últims vint anys, un avenç considerable. Les calderes modernes cremen biomassa d’alta qualitat com estelles de fusta, pellets o residus agrícoles i agroindustrials uniformes, sense fums i amb emissions comparables als sistemes moderns de gasoil i gas. L’estat actual de desenvolupament tecnològic d’aquestes calderes permet que la neteja de les superfícies d’intercanvi i l’extracció de cendres siguin automàtiques. Aquests sistemes de calefacció es poden combinar fàcilment amb sistemes d’energia solar tèrmica. Les calderes de biomassa modernes utilitzen fins al 90% de l’energia continguda a la fusta per a la calefacció, igual que una bona caldera de gasoil o de gas.

Geotèrmia

A diferència d’altres fonts d’energia renovable que depenen directament o indirectament de la influència del sol, l'energia geotèrmica prové de l’interior del planeta. Com a font d’energia és essencialment inexhaurible. Els jaciments geotèrmics, si es gestionen d’una manera correcta, poden mantenir la seva producció d’energia indefinidament. Aquesta energia prové d’una dinàmica interna del planeta, que la concentra en llocs molt concrets, on el flux calorífic pot arribar a ser d’unes deu o quinze vegades més elevat del normal.

Aquesta font d’energia es pot utilitzar tant per subministrar calor com per generar electricitat. Normalment, aquestes tecnologies disponibles es divideixen en tres categories: les centrals geotèrmiques, les aplicacions d’ús directe i les bombes de calor geotèrmiques.

Les centrals geotèrmiques generen electricitat a partir de la perforació de pous, d’un quilòmetre o més de profunditat, per explotar dipòsits subterranis geotèrmics, de vapor d’aigua i aigua molt calenta.

Tipus d'instal·lacions geotèrmiques

Les aplicacions d’ús directe són les que la s’utilitzen com a calefacció ambient o per a la producció d’aigua calenta per a usos industrials, agrícoles o residencials. En el cas d’un país com ara Islàndia és la segona font d’energia i arriba a escalfar el 85% dels edificis.

Les bombes de calor geotèrmiques utilitzen l’energia de sòls poc profunds per escalfar i refrigerar edificis. Una bomba de calor d’aquestes característiques està formada per tubs soterrats en el terreny, un intercanviador de calor i un sistema de conductes a l’interior de l’edifici.

La idea bàsica consisteix en el fet d’obtenir energia calorífica del subsòl i transmetre-la, a través dels sistemes adequats, a l’edifici. El mateix principi es pot utilitzar de manera inversa, traslladant la calor innecessària al subsòl. La temperatura constant del sòl, d’entre 10 i 16ºC a 10 m de profunditat, ofereix les condicions òptimes per fer funcionar, de forma integrada, el sistema de calefacció i aire condicionat d’un edifici. Sempre que es compti amb les característiques apropiades, és possible l’acumulació estacional d’energia calorífica en el subsòl.

Actualment, es disposa d’una tecnologia d’absorció massiva coneguda com a ‘fonaments geotèrmics’ o ‘fonaments termoactius’. Es tracta d’aprofitar el potencial energètic del subsòl a través dels elements de fonamentació dels edificis. Es basa en les propietats de magatzematge i conductivitat tèrmica dels elements constructius de formigó, com poden ser els fonaments, els forjats, etc.

El principi de la geotèrmia solar es basa en el fet que part de la radiació que prové del sol s’acumula en forma de calor a l’escorça terrestre. Atesa la gran massa de la terra, la temperatura es manté gairebé constant a partir d’aproximadament cinc metres de profunditat, a uns 15ºC.

L’aplicació  geotèrmica consisteix a utilitzar l’energia calorífica continguda en l’escorça terrestre a profunditats de fins als 100 metres, mitjançant un sistema de perforació (pou), una unitat geotèrmica d’intercanvi (UGI) i una bomba de calor. Es transfereix l’energia d’aquesta font estable (d’uns 15º C) a una altra de major temperatura (50º C) que permeti la seva posterior utilització per climatitzar qualsevol tipus d’espai, així com obtenir aigua calenta sanitària. Les bombes de calor són reversibles, per la qual cosa a l’estiu poden absorbir la calor de l'interior de l’habitatge i lliurar-lo al subsòl. D’aquesta manera poden ser utilitzades com una solució integral per a la climatització de qualsevol espai.

L’eficiència energètica d’aquest sistema de climatització o relació entre l’energia consumida i l’energia lliurada pel sistema, que usa com a font de calor el subsòl, és altament favorable. Com a mínim és del 400% escalfant i del 500% refredant (és a dir, que l’energia lliurada pot arribar a ser 5 vegades l’energia consumida).

Solar fotovoltaica

L’aprofitament de l’energia del Sol per a generar electricitat amb cèl·lules de silici és una de les tecnologies que més està evolucionant en els últims anys. De forma contínua s’ha anat millorant el rendiment dels captadors fotovoltaics i avui en dia representen una inversió força rendible si la normativa acompanya.

Els components d’una instal·lació són: el captador, el regulador de càrrega i les bateries en cas que sigui una instal·lació aïllada, sinó no caldrien, l’ondulador o inversor necessari per convertir la corrent contínua dels captadors en corrent alterna a 230 volts, aparells de protecció per millorar la seguretat de la instal·lació, i aparells de mesura per tal de saber quanta energia estem generant en cada moment.

Components d'una instal·lació fotovoltaica

La majoria dels captadors solars fotovoltaics utilitzats actualment són fets de cèl·lules fabricades amb silici, un dels elements més abundants a la Terra. Aquestes cèl·lules tenen la propietat de generar electricitat quan són il·luminades pel sol. Totes les cèl·lules de la placa estan unides entre si en sèrie, així sumen la seva potència (corrent i tensió) elèctrica, fins a arribar a la potència, corrent i tensió nominal de la placa.

Les característiques elèctriques d'una placa fotovoltaica varien en funció de l'assolellament que hi incideix. La potència nominal d'una placa determinada es mesura en watts-pic (Wp), que és la potència que pot generar la placa quan està sotmesa a una quantitat d'assolellament normalitzat, establert en 1.000 W/m2 i a una temperatura de 25ºC. Una placa de, per exemple, 40 Wp, produirà 40 Wh d'energia si durant una hora rep aquesta radiació nominal. Si l'assolellament no arriba a aquesta intensitat necessitarà més d'una hora per produir aquests 40 Wh. Per tant, cal utilitzar un nou concepte, el de l'hora solar pic. Un dia pot tenir 10 hores de sol, però en canvi pot ser que només tingui 4 o 5 hores de pic. El nombre d'hores pic d'un dia determinat s'obtindrà dividint tota l'energia de l'assolellament d'aquell dia (en Wh/m2/dia) per 1.000 W/m2. Per això, per saber l'energia que ens donarà una placa no es pot multiplicar la seva potència (en watts-pic) pel nombre d'hores de sol d'un dia, ja que no totes aquestes hores no són de màxima intensitat solar. Per tenir una idea, sumant tota l'energia que dóna el sol durant un dia només equival a unes 5 hores solars de pic a l'estiu i entre 3 i 4 a l' hivern (a una latitud de 41 º per exemple).

Un possible problema dels captadors solars fotovoltaics és la seva integració en els edificis. En cada localització hi ha una orientació ideal per maximitzar la producció d’electricitat, però això implica posar un afegit a l’edifici que en trenca l’harmonia estètica.

Trobarem casos de tot tipus, i cal tenir en compte l’opinió del client i la normativa aplicable en cada cas, però molts professionals opten per una bona integració en l’edifici encara que la producció d’electricitat sigui menor. D’aquesta manera es facilita la seva implantació i per tant més edificis optaran per utilitzar aquesta font d’energia.

Solar tèrmica

En un clima com el nostre, l'ús de l’energia solar tèrmica pot arribar a cobrir fins a un 60% de les necessitats de consum d'aigua calenta d'una família mitjana, amb uns nivells de confort i qualitat de vida perfectament compatibles amb els estàndards actuals. Actualment aquest tipus d'instal·lacions estan contrastades i perfeccionades abastament i ens poden garantir un bon funcionament i rendiment, sempre que les condicions d'utilització, dimensionat i muntatge siguin correctes. L'aigua calenta és un dels principals consums d'energia del sector domèstic i de serveis (de l’ordre del 27%). Si aquesta aplicació es cobreix amb energia solar en comptes de la utilització d'energies convencionals (electricitat, gas, gas-oil, … ) la reducció de la factura energètica i de la contaminació produïda poden ser realment importants.

El circuit de l’aigua està diferenciat en dues parts. Hi ha un circuit d’aigua que passa pels col·lectors i s’escalfa amb la radiació solar. Aquesta aigua passa per un intercanviador de calor i preescalfa l’aigua que es consumirà a l’habitatge. Si és necessari, el sistema de suport acaba d’escalfar l’aigua fins a assolir la temperatura de consum.

Components d'una instal·lació solar tèrmica

La producció d'aigua calenta sanitària és l'aplicació de l'energia solar que, ara per ara, resulta més estesa i rendible. A causa de la relativa constància de la demanda d'aigua calenta sanitària, la instal·lació solar està en servei durant tots els mesos del any, fet que permet amortitzar-la més ràpidament que en el cas d'aplicacions de calefacció, en què el sistema només s'utilitza durant la temporada hivernal.

Els captadors solars tèrmics també es poden utilitzar per a la calefacció, però com que tindrà una utilització estacional es recomana que tan sols cobreixi una petita part de la demanda de calefacció (15-25%) i que aquest sistema es dediqui a la producció d’aigua calenta sanitària durant la resta de l’any.

L’escalfament de piscines constitueix una altra aplicació interessant a baixa temperatura. La superfície de captació necessària es pot calcular en funció de la superfície de la piscina a escalfar i de la zona climàtica on estigui ubicada. En les nostres latituds normalment es necessita una superfície de captadors de 30-50% de la superfície de la piscina, depenent de si està ubicada en una zona càlida (litoral) o freda (Catalunya central). El fet de que les temperatures de treball siguin baixes i l´època habitual d´ús molt favorable (els mesos de més radiació solar) fan possible que aquestes instal·lacions siguin força simples. Té l'avantatge que si s'usa de manera directa, no requereix utilitzar anticongelants i possibilita l'ús de sistemes en els que s'escalfa directament l'aigua de la piscina sense necessitat de bescanviador, intercalats en el circuit dels filtres de depuració i algunes vàlvules de regulació, aconsegueix augmentar la temperatura fins a l´òptima confortable.