Una parte muy importante de la energía que consumimos hoy en día proviene de la utilización de fuentes de energía no renovables, normalmente procedentes de derivados del petróleo o del carbón. La combustión de estos recursos conlleva la liberación de gases que tienen efectos negativos en la salud de las personas (por ejemplo NOx) o agravan el cambio climático (CO2).
Las energías renovables proceden de fuentes de energía que no se agotan, básicamente la radiación solar y el calor de la tierra. Utilizar estas fuentes de energía nos permite reducir la factura ambiental y también la económica. Durante décadas se han ido mejorando las diferentes tecnologías que permiten aprovechar las fuentes de energía renovables, y actualmente todas las que comentaremos son tecnologías maduras que ofrecen altos rendimientos a precios asumibles.
La biomasa residual (estiércol, residuos forestales, agrícolas o domésticos) o la generada en cultivos energéticos (forestales o plantas anuales) o la de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos y los lodos de estaciones depuradoras de aguas residuales (para obtener biogás o biocombustibles) permiten obtener combustibles gaseosos, líquidos o sólidos.
La biomasa como fuente de energía produce menos emisiones que los recursos convencionales, como el gas natural y el carbón. Además, el aprovechamiento energético de la biomasa forestal no tiene un impacto medioambiental significativo, ya que el CO2 que se libera a la atmósfera durante la combustión ha sido previamente captado por los vegetales durante su crecimiento; por tanto, el balance final es nulo. Su utilización también ayuda a reducir las emisiones de sulfuros (SO2) y de óxidos de nitrógeno (NOx) a la atmósfera.
Los residuos agrícolas y forestales, tras ser transformados por varios procesos, dan lugar a unos productos que tienen aplicaciones diversas. De una manera directa, la combustión de los residuos forestales y agrícolas puede ser una fuente energética para calefacción dentro del ámbito de la edificación, tanto en instalaciones individuales como colectivas. Mediante el tratamiento de combustión también se genera vapor, que se puede utilizar en una turbina para producir energía mecánica y, en su caso, hacer mover un generador y obtener energía eléctrica. A través de los tratamientos biológicos y termoquímicos obtenemos el llamado biogás y también combustibles fluidos que se pueden utilizar en motores alternativos y turbinas de gas para producir electricidad.
Dentro del sector de la construcción, las calderas de biomasa han experimentado, en los últimos veinte años, un avance considerable. Las calderas modernas queman biomasa de alta calidad como astillas de madera, pellets o residuos agrícolas y agroindustriales uniformes, sin humos y con emisiones comparables a los sistemas modernos de gasóleo y gas. El estado actual de desarrollo tecnológico de estas calderas permite que la limpieza de las superficies de intercambio y la extracción de cenizas sean automáticas. Estos sistemas de calefacción se pueden combinar fácilmente con sistemas de energía solar térmica. Las calderas de biomasa modernas utilizan hasta el 90% de la energía contenida en la madera para la calefacción, al igual que una buena caldera de gasoil o de gas.
A diferencia de otras fuentes de energía renovable que dependen directa o indirectamente de la influencia del sol, la energía geotérmica proviene del interior del planeta. Como fuente de energía es esencialmente inagotable. Los yacimientos geotérmicos, si se gestionan de una manera correcta, pueden mantener su producción de energía indefinidamente. Esta energía proviene de una dinámica interna del planeta, que la concentra en lugares muy concretos, donde el flujo calorífico puede llegar a ser de unas diez o quince veces más elevado de lo normal.
Esta fuente de energía se puede utilizar tanto para suministrar calor como para generar electricidad. Normalmente, estas tecnologías disponibles se dividen en tres categorías: las centrales geotérmicas, las aplicaciones de uso directo y las bombas de calor geotérmicas.
Las centrales geotérmicas generan electricidad a partir de la perforación de pozos, de un kilómetro o más de profundidad, para explotar depósitos subterráneos geotérmicos, de vapor de agua y agua muy caliente.
Las aplicaciones de uso directo son las que la utilizan como calefacción ambiente o para la producción de agua caliente para usos industriales, agrícolas o residenciales. En el caso de un país como Islandia es la segunda fuente de energía y llega a calentar el 85% de los edificios.
Las bombas de calor geotérmicas utilizan la energía de suelos poco profundos para calentar y refrigerar edificios. Una bomba de calor de estas características está formada por tubos enterrados en el terreno, un intercambiador de calor y un sistema de conductos en el interior del edificio.
La idea básica consiste en el hecho de obtener energía calorífica del subsuelo y transmitirla, a través de los sistemas adecuados, en el edificio. El mismo principio se puede utilizar de manera inversa, trasladando el calor innecesaria en el subsuelo. La temperatura constante del suelo, de entre 10 y 16ºC a 10 m de profundidad, ofrece las condiciones óptimas para hacer funcionar, de forma integrada, el sistema de calefacción y aire acondicionado de un edificio. Siempre que se cuente con las características apropiadas, es posible la acumulación estacional de energía calorífica en el subsuelo.
Actualmente, se dispone de una tecnología de absorción masiva conocida como ‘cimentaciones geotérmicas' o 'cimentaciones termo'. Se trata de aprovechar el potencial energético del subsuelo a través de los elementos de cimentación de los edificios. Se basa en las propiedades de almacenaje y conductividad térmica de los elementos constructivos de hormigón, como pueden ser los cimientos, los forjados, etc.
El principio de la geotermia solar se basa en el hecho de que parte de la radiación que proviene del sol se acumula en forma de calor en la corteza terrestre. Dada la gran masa de la tierra, la temperatura se mantiene casi constante a partir de aproximadamente cinco metros de profundidad, a unos 15º C.
La aplicación geotérmica consiste en utilizar la energía calorífica contenida en la corteza terrestre a profundidades de hasta 100 metros, mediante un sistema de perforación (pozo), una unidad geotérmica de intercambio (UGI) y una bomba de calor. Se transfiere la energía de esta fuente estable (de unos 15º C) a otra de mayor temperatura (50º C) que permita su posterior utilización para climatizar cualquier tipo de espacio, así como obtener agua caliente sanitaria. Las bombas de calor son reversibles, por lo que en verano pueden absorber el calor del interior de la vivienda y entregarlo al subsuelo. De este modo pueden ser utilizadas como una solución integral para la climatización de cualquier espacio.
La eficiencia energética de este sistema de climatización o relación entre la energía consumida y la energía entregada por el sistema, que usa como fuente de calor el subsuelo, es altamente favorable. Como mínimo es del 400% calentando y del 500% enfriando (es decir, que la energía entregada puede llegar a ser 5 veces la energía consumida).
El aprovechamiento de la energía del Sol para generar electricidad con células de silicio es una de las tecnologías que más está evolucionando en los últimos años. De forma continua se ha ido mejorando el rendimiento de los captadores fotovoltaicos y hoy en día representan una inversión bastante rentable si la normativa acompaña.
Los componentes de una instalación son: el captador, el regulador de carga y las baterías en caso de que sea una instalación aislada, sino no serían necesarios, el ondulador o inversor necesario para convertir la corriente continua de los captadores en corriente alterna a 230 voltios, aparatos de protección para mejorar la seguridad de la instalación, y aparatos de medida para saber cuánta energía estamos generando en cada momento.
La mayoría de los captadores solares fotovoltaicos utilizados actualmente son hechos de células fabricadas con silicio, uno de los elementos más abundantes en la Tierra. Estas células tienen la propiedad de generar electricidad cuando son iluminadas por el sol. Todas las células de la placa están unidas entre sí en serie, así suman su potencia (corriente y tensión) eléctrica, hasta llegar a la potencia, corriente y tensión nominal de la placa.
Las características eléctricas de una placa fotovoltaica varían en función del soleamiento que recibe. La potencia nominal de una placa determinada se mide en vatios-pico (Wp), que es la potencia que puede generar la placa cuando está sometida a una cantidad de soleamiento normalizado, establecido en 1.000 W/m2 y una temperatura de 25ºC. Una placa de, por ejemplo, 40 Wp, producirá 40 Wh de energía si durante una hora recibe esta radiación nominal. Si el soleamiento no llega a esta intensidad necesitará más de una hora para producir estos 40 Wh. Por lo tanto, hay que utilizar un nuevo concepto, el de la hora solar pico. Un día puede tener 10 horas de sol, pero en cambio puede que sólo tenga 4 o 5 horas de pico. El número de horas pico de un día determinado se obtendrá dividiendo toda la energía del soleamiento de ese día (en Wh / m2 / día) por 1.000 W / m2. Por ello, para saber la energía que nos dará una placa no se puede multiplicar su potencia (en vatios-pico) por el número de horas de sol de un día, ya que no todas estas horas no son de máxima intensidad solar. Para tener una idea, sumando toda la energía que da el sol durante un día sólo equivale a unas 5 horas solares pico en verano y entre 3 y 4 en invierno (a una latitud de 41º por ejemplo).
Un posible problema de los captadores solares fotovoltaicos es su integración en los edificios. En cada localización hay una orientación ideal para maximizar la producción de electricidad, pero esto implica poner un añadido al edificio que rompe la armonía estética.
Encontraremos casos de todo tipo, y hay que tener en cuenta la opinión del cliente y la normativa aplicable en cada caso, pero muchos profesionales optan por una buena integración en el edificio aunque la producción de electricidad sea menor. De esta manera se facilita su implantación y por tanto más edificios optarán por utilizar esta fuente de energía.
En un clima como el nuestro, el uso de la energía solar térmica puede llegar a cubrir hasta un 60% de las necesidades de consumo de agua caliente de una familia media, con unos niveles de confort y calidad de vida perfectamente compatibles con los estándares actuales. Actualmente este tipo de instalaciones están contrastadas y perfeccionadas sobradamente y nos pueden garantizar un buen funcionamiento y rendimiento, siempre que las condiciones de utilización, dimensionado y montaje sean correctos. El agua caliente es uno de los principales consumos de energía del sector doméstico y de servicios (del orden del 27%). Si esta aplicación se cubre con energía solar en vez de la utilización de energías convencionales (electricidad, gas, gasoil, ...) la reducción de la factura energética y de la contaminación producida pueden ser realmente importantes.
El circuito del agua está diferenciado en dos partes. Hay un circuito de agua que pasa por los colectores y se calienta con la radiación solar. Esta agua pasa por un intercambiador de calor y precalienta el agua que se consumirá en la vivienda. Si es necesario, el sistema de apoyo acaba de calentar el agua hasta alcanzar la temperatura de consumo.
La producción de agua caliente sanitaria es la aplicación de la energía solar que, hoy por hoy, resulta más extendida y rentable. Debido a la relativa constancia de la demanda de agua caliente sanitaria, la instalación solar está en servicio durante todos los meses del año, lo que permite amortizar más rápidamente que en el caso de aplicaciones de calefacción, en el que el sistema sólo se utiliza durante la temporada invernal.
Para esta aplicación, los tipos de captadores más utilizados son los planos de cubierta vidriada, sin cubierta, o los de vacío. La radiación solar que llega durante el día calienta el líquido que circula a través de los captadores solares y el circuito primario. La energía solar que llega a los captadores se cede en forma de calor a un depósito acumulador, que la guarda hasta el momento en que el usuario la necesite consumir. Su volumen se calculará según el consumo diario de agua y el número de captadores instalados; de esta manera, se optimiza el uso de la instalación. Es necesario que el acumulador y toda la instalación estén bien aislados térmicamente para evitar las pérdidas de calor.
Los captadores solares térmicos también se pueden utilizar para la calefacción, pero como que tendrá una utilización estacional se recomienda que sólo cubra una pequeña parte de la demanda de calefacción (15-25%) y que este sistema se dedique a la producción de agua caliente sanitaria durante el resto del año.
El calentamiento de piscinas constituye otra aplicación interesante a baja temperatura. La superficie de captación necesaria se puede calcular en función de la superficie de la piscina a calentar y de la zona climática donde esté ubicada. En nuestras latitudes normalmente se necesita una superficie de captadores de 30-50% de la superficie de la piscina, dependiendo de si está ubicada en una zona cálida (litoral) o fría (Cataluña central). El hecho de que las temperaturas de trabajo sean bajas y la época habitual de uso muy favorable (los meses de más radiación solar) hacen posible que estas instalaciones sean muy simples. Tiene la ventaja de que si se usa de manera directa, no requiere utilizar anticongelantes y posibilita el uso de sistemas en los que se calienta directamente el agua de la piscina sin necesidad de intercambiador, intercalados en el circuito de los filtros de depuración y algunas válvulas de regulación, consigue aumentar la temperatura hasta óptima confortable.