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Solar fotovoltaica aérea: ampliando horizontes de la energía solar

22-11-2023
Hogarsense
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Las instalaciones fotovoltaicas han experimentado en los últimos años un empuje nunca antes visto, hasta desarrollar solar fotovoltaica aérea. Prueba de ello es el aumento de potencia eléctrica instalada en todo el mundo, que ha pasado de 4.233 MW en el año 2011 a los 19.785 MW en 2022. Aunque el gran salto se ha producido a partir del año 2018, cuando solo había 4.767 MW en España.

Si hablamos de datos a nivel global, en 2011 había 70,5 GW (70.500 MW), que pasó a 940 GW en el 2021 (940.000 MW). España ha sido el país que más ha crecido en los últimos años, gracias al cambio normativo que eliminó el llamado “impuesto al sol”. Además, somos el país con la mayor penetración de energía fotovoltaica del mundo.

¿Qué retos plantea la instalación de parques fotovoltaicos?

El gran volumen de paneles solares que se está instalando necesita de una superficie donde apoyarse y es este el “talón de Aquiles” que ya estamos viviendo. Por ejemplo, se han realizado instalaciones fotovoltaicas en las montañas Taihang en el norte de China. Donde se ha aprovechado grandes extensiones de colinas con un relieve suave y no ha sido necesario hacer apenas movimientos de tierras.

En cambio, en otras instalaciones solares fotovoltaicas se necesitan hacer grandes movimientos de tierras para poder adaptar el terreno y que la orografía no impida el aprovechamiento para la generación eléctrica con paneles solares. En estos casos se genera un gran impacto ambiental, se necesita talar una gran cantidad de árboles, con lo que se rompe todo el ecosistema de flora y fauna. Algo que se supone va en contra del fomento de las energías limpias, como es el caso de la solar.

También se están dando casos donde se presiona a los agricultores para que vendan sus parcelas, con la intención de ejecutar proyectos fotovoltaicos. Sin embargo, esto desplaza la economía y se destruye empleo en las zonas rurales, en vez de crearlo.

cultivos agrícolas con paneles fotovoltaicos
Cultivo con instalación fotovoltaica

Cambio de mentalidad en las estructuras fotovoltaicas

Hasta el momento encontramos tres tipos principales de instalaciones fotovoltaicas; la residencial o de autoconsumo, la industrial (aunque también sea de autoconsumo, sé la diferencia porque la potencia instalada es mucho mayor) y las plantas de generación. Las dos primeras suelen ser de un tamaño pequeño o medio y aprovechan los propios tejados de viviendas o naves industriales. Sin embargo, para el tercer grupo se necesitan grandes extensiones de terreno de las que en ocasiones no se dispone (sin causar perjuicios de algún modo).

Por ello, la necesidad de buscar una alternativa que genere electricidad limpia y sea lo más respetuosa con el entorno, sin transformarlo y dejando que los ecosistemas naturales puedan continuar su vida, hace que aparezcan ideas innovadoras. Ante la competencia por el espacio, una posible solución a la mayor parte de estos problemas sería elevar la instalación de módulos fotovoltaicos, independizándola de la topografía y usos del terreno.

Así nace la propuesta de dos ingenieros de minas asturianos. Su desarrollo de proyecto se basa en usar la 3ª dimensión, aprovechar la altura para escapar de las restricciones que impone el terreno, su topografía y usos.

Para ello, se parte de dos tecnologías maduras; por un lado, la construcción de estructuras suspendidas de cables de acero (como en los teleféricos, cubiertas suspendidas de cables e instalaciones similares). Y, por otra parte, la energía solar fotovoltaica, que ya cuenta con largo recorrido y unas eficiencias bastante altas.

¿En qué consiste la Solar Fotovoltaica Aérea?

El nuevo concepto se basa en la unión de estas dos tecnologías para crear una nueva forma de despliegue de la energía solar fotovoltaica. Creada para llegar a sitios donde nadie había pensado y para hacer compatibles la generación de energía eléctrica limpia con las actividades previas ya implantadas en el territorio: Solar Fotovoltaica Aérea (SFVA). ¿Por qué tener que elegir entre dos actividades, si podemos tener ambas?

concepto de Solar Fotovoltaica Aérea
Concepto de la Solar Fotovoltaica Aérea

Los módulos fotovoltaicos se instalan sobre una estructura metálica, la cual va suspendida, de al menos dos cables portantes de acero, cuyos extremos están soportados por una estructura (metálica o de hormigón) y anclados a un talud rocoso, al suelo, o a un contrapeso. De una forma similar a como funciona un funicular o un telesilla de las estaciones de esquí, los módulos solares pueden desplazarse a lo largo del cable (instalación SFVA Móvil), o permanecer fijos (instalación SFVA Fija). Estas posibilidades dependen de cada proyecto y, especialmente, de la orografía del terreno donde se proyecta la instalación fotovoltaica.

Agrovoltaica y Solar Fotovoltaica Aérea

Este nuevo concepto de estructuras en altura es fácilmente aprovechable para las explotaciones agrícolas, en las que se pretende instalar módulos solares y extraer electricidad para usos propios o la venta, generándose así una fuente de ingresos adicionales para el agricultor.

instalación agrícola con Solar Fotovoltaica Aérea
Sistema fotovoltaico en campo de vides

Una ventaja añadida que aportan estas instalaciones sobre los cultivos es que proporcionan un poco de sombra sin perjudicar la aportación de luz que necesitan las plantas y árboles. Así, este tipo de instalaciones fotovoltaicas aportan otro beneficio a las explotaciones agrícolas, ya que reducen la necesidad de riego y la erosión por la acción del viento. Además, en función de la instalación ejecutada, también permite recoger el agua de lluvia para almacenarla y disponer de ella para riego en momentos de necesidad.

El uso de la maquinaria agrícola no debe verse afectado, puesto que, con la estructura adecuada, se pueden instalar paneles fotovoltaicos a una altura suficiente para permitir el paso de tractores. Con la SFVA se pueden conseguir mayores vanos (más de 100 metros) y mayores alturas (más de 5 metros) que con los sistemas agrovoltaicos desarrollados hasta la fecha. Con la SFVA se consigue que el terreno sea más transitable, reducir los riesgos de accidente por choque de la maquinaria contra los soportes, y minimizar la pérdida de terreno agrícola. Y también se consigue una distribución más uniforme de la luz debajo de los módulos fotovoltaicos.

Solar Fotovoltaica Aérea apta para maquinaria agrícola
Solar Fotovoltaica Aérea apta para maquinaria agrícola

Otra opción es la instalación en laderas, para proteger los cultivos de la vid, el olivo u otros árboles frutales de los efectos adversos del cambio climático. Y, de paso, aprovechar la pendiente (pendientes mayores del 20 % son ideales para la SFVA) para generar la electricidad que día a día necesita la explotación agrícola.

Solar Fotovoltaica Aérea para cultivos en pendiente
Solar Fotovoltaica Aérea para cultivos en pendiente

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Instalaciones fotovoltaicas flotantes

17-10-2023
Hogarsense
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La fotovoltaica está convirtiéndose en uno de los sistemas de generación renovable más importantes, sobre todo si hablamos del autoconsumo. Sin embargo, la poca disponibilidad de superficie para las grandes instalaciones solares o la necesidad de generar la electricidad más cerca de los lugares de consumo, está motivando el desarrollo de las plantas solares flotantes. Pero ¿qué son y cómo funcionan estas instalaciones?

Las plantas solares flotantes son instalaciones similares a las que se ubican en los tejados o sobre el suelo, con la única diferencia de que necesitan una estructura que flote sobre el agua. Para su montaje se buscan lagos, balsas para regadío, canales de distribución de agua, incluso en el mar se están desarrollando proyectos.

La dificultad que tienen este tipo de instalaciones solares es la necesidad de flotación, para mantenerse siempre en la superficie del agua. Además, deben estar lastradas o ancladas al fondo del lago o embalse, para evitar que el viento o las olas hagan volcar o incluso volar los paneles. En el caso de las instalaciones que se desarrollan en el mar, esta dificultad aumenta por el tamaño de las olas durante las tormentas. Además, se añade el problema de la oxidación mucho más agresiva sobre los metales.

Su funcionamiento es igual que en las instalaciones terrestres o también denominadas on shore, con la salvedad de que todas las conexiones que están en la zona del agua deben ser mucho más herméticas. De igual forma, los equipos de seguridad y transformación se colocan en la orilla, en un lugar a salvo de las crecidas de agua. Por ello, las longitudes de cable para corriente continua suelen ser algo mayores. Esto, unido a lo especiales que son las estructuras flotantes, hace que el precio de la instalación sea más caro que en tierra firme. Esta circunstancia hace que las plantas solares flotantes tiendan a ser de un tamaño grande, para aprovechar la sinergia y la economía de escala y conseguir un retorno adecuado de la inversión.

‘Agrovoltaica’ flotante: doble función

Este tipo de instalaciones aporta otro gran beneficio en las instalaciones agrícolas al instalarse en las balsas de regadío. Estas acumulaciones de agua únicamente tienen una función, servir de reserva de agua para regar los campos circundantes. Por ello, es una gran ventaja que estén tapadas, puesto que se evita la evaporación del agua, manteniendo mayor cantidad para el uso agrícola.

fotovoltaica balsa regadío
Instalación fotovoltaica en balsa de regadío.

No son instalaciones ‘agrovoltaicas’ propiamente dichas, puesto que estas se ubican en tierra, elevando la estructura para que debajo de ellas los agricultores puedan seguir cultivando. Sin embargo, al disponer la instalación fotovoltaica sobre un embalse de regadío se reducen las pérdidas por evaporación en un 20%.

Además, otro beneficio que aportan los paneles solares sobre el agua es que se refrigeran por la acción de la brisa húmeda. Esto se debe a que, con el aumento de la temperatura, las celdas solares van perdiendo eficiencia. Por lo que al estar en cierto modo refrigeradas, mantienen un alto rendimiento y producen más cantidad de electricidad.

Componentes de una instalación fotovoltaica flotante

En principio, los componentes son los mismos que una instalación en tierra. Sin embargo, deben estar especialmente diseñados para las circunstancias específicas de humedad y oxidación que se dan en un ambiente acuoso. Además, se añade la necesidad de anclar la estructura al suelo del lago, embalse o fondo marino.

– Estructura flotante. Como su nombre indica, son elementos diseñados para mantenerse a flote. Generalmente formado por bloques de plástico hueco, diseñados para que se puedan fijar o atornillar sobre ellas las pequeñas estructuras metálicas, o incluso los propios paneles solares.

Estas piezas plásticas se unen entre sí de modo articulado o flexible, permitiendo ciertos movimientos. Así, se absorben las acciones del viento y del movimiento del agua, que evitan que se dañen los módulos fotovoltaicos.

componentes fotovoltaica flotante
Componentes de una instalación solar flotante.

– Sistema de anclaje o amarre. En cierto modo, es una parte que se podría englobar en la estructura, aunque en las instalaciones flotantes se define por separado por su importancia. Esto es debido a que, debe ser un sistema que fije las piezas flotantes al fondo. Sin embargo, debe permitir cierto movimiento y no verse afectada por la variación de nivel de agua.

Se debe tener en cuenta que tanto en embalses, como lagos y en el mar, el nivel de agua varia constantemente, por las mareas, las olas o por el vaciado y llenado de embalses. Por ello, su diseño y funcionamiento debe tener en cuenta estas variaciones para absorberlas sin dejar demasiada holgura que hiciera volcar la estructura con un golpe de viento o una ola.

– Sistema fotovoltaico. Es el conjunto de módulos solares que se disponen sobre la estructura flotante con la orientación adecuada para maximizar la producción eléctrica. La inclinación que adoptan suele ser inferior a la óptima, por motivos de seguridad frente al viento, siendo esta entre 5° y 20° con respecto a la horizontal.

– Conexiones y cableado. En el caso de huertas solares flotantes, deben tener un grado de protección a la humedad mucho mayor que en tierra debido a la mayor afección del agua. Por otro lado, suele ser similar a la utilizada en instalaciones de autoconsumo doméstico.

– Inversor y transformadores. También suelen ser similares en su composición interna, en cambio, su carcasa o envoltorio debe estar preparado para soportar mejor la humedad y la oxidación. Además, debe el cerramiento debe aportar una mayor hermeticidad para impedir que la humedad afecte a las partes metálicas y eléctricas internas.

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¿Conoces la diferencia entre kW, kWp y kWh?

26-09-2023
Hogarsense
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Últimamente, hemos sufrido un gran incremento en el precio de la electricidad y no paramos de oír noticias sobre la eficiencia energética, las instalaciones fotovoltaicas y su potencia, y otro tipo de información. Sin embargo, muchas personas se confunden cuando se habla de energía, potencia, trabajo y sus unidades de medida. Pero, ¿cómo reconocerlos y diferenciarlos?, ¿conoces la diferencia entre kW, kWp y kWh?

Primero tenemos que conocer qué es el trabajo, la energía y la potencia; definirlos y entender qué implica cada uno de ellos. De este modo veremos cuál es la relación entre estos tres conceptos y cómo se pasa de uno a otro.

¿Qué es el trabajo en términos físicos?

El trabajo es la acción por el que un objeto o materia cambia de estado, es decir, es el proceso por el que al aplicar una fuerza sobre un cuerpo este adquiere energía. En otras palabras, es la fuerza necesaria para que un objeto se desplace con una aceleración determinada. Por ejemplo, cuando golpeamos un balón y se pone en movimiento.

Definición de trabajo

En términos matemáticos se define al trabajo como la multiplicación de una fuerza por la distancia recorrida por el objeto al que se ha aplicado dicha fuerza.

¿Qué es la potencia eléctrica?

La potencia eléctrica es la cantidad de energía eléctrica que es transferida o absorbida por unidad de tiempo por un elemento determinado. Es decir, es la proporción en que la energía eléctrica es transferida en un momento determinado a través de circuito eléctrico. La unidad en que se mide la potencia eléctrica en el sistema internacional es vatio o Watt, y se simboliza por una W.

Como ejemplo para entender el funcionamiento de la potencia eléctrica tenemos cualquier equipo que use electricidad para funcionar. Así, podemos observar que al hacer circular una corriente eléctrica por un circuito, se puede transferir energía cuando se realiza un trabajo mecánico o en energía termodinámica.

De esta forma, los diferentes electrodomésticos o equipos eléctricos son capaces de transformar la energía eléctrica en otro tipo de energía, en función de su potencia. En este caso, podemos definir la potencia como la capacidad para ejecutar un trabajo.

Sin embargo, esa transformación de la energía por ser en muchas formas de energía:

Energía inicialElemento conversor de energíaForma fina de energía
Energía eléctricaLámpara de incandescencia o LEDLuz
Calefactor eléctrico de resistenciaCalor
Motor eléctricoMovimiento
AltavozSonido
Batería de plomo ácidoAlmacenamiento, proceso químico

¿Qué es la potencia pico en fotovoltaica?

Las instalaciones solares fotovoltaicas disponen de dos componentes diferentes que vienen definidos por la potencia y son capaces de generar o transformar la energía. El primero de ellos son los propios módulos solares que transforma la luz del sol en electricidad. Según su tecnología y tamaño podemos tener paneles solares de 350 Wp, 400 Wp o incluso 500 Wp, según indique el fabricante en la ficha técnica del panel en cuestión.

Así, al realizar una instalación de generación eléctrica se instalan muchos de estos paneles, siendo la potencia de varios kWp o incluso MWp. Pero, ¿qué significa vatio pico? Al diseñar e instalar un conjunto de placas solares fotovoltaicas, obtenemos una potencia total, no obstante, es una potencia teórica que se consigue cuando las condiciones son las óptimas.

Al fabricar los paneles fotovoltaicos se les hace una prueba de funcionamiento en la propia fábrica. Estas pruebas se realizan con lámparas que proyectan una cantidad de luz determinada, además, el laboratorio donde se realizan las pruebas mantiene una temperatura determinada. Es por ello que se las llama condiciones STC (Standar Test Condition).

Condiciones STC o Condición Estándar del Test:

  • Irradiancia: es la potencia de la radiación solar, que se establece en 1.000 W/m2.
  • Temperatura: es la temperatura de la célula fotovoltaica, no del ambiente, y es de 25 ºC.
  • Masa de aire: es un parámetro que indica cuánta atmósfera debe atravesar la radiación, este parámetro varía en función del lugar, el día y la hora. En la STC se establece una masa de aire de 1,5.

Lógicamente, cuando se instalan esos paneles en un tejado, donde la irradiación no es casi nunca de 1.000 W/m2 y la temperatura ambiente variará constantemente. Es por ello que la potencia eléctrica que genere el panel será por lo general inferior a la indicada por el fabricante con las condiciones STC. Es por ese motivo que se dice que es una potencia pico, es decir, la potencia máxima que puede generar el panel en las condiciones óptimas.

potencia pico - potencia nominal

¿Qué es la potencia nominal en fotovoltaica?

La potencia nominal de una instalación solar es la que marca el inversor. Este equipo es el encargado de convertir la electricidad en corriente continua que generan los módulos fotovoltaicos, a corriente alterna, similar a la que hay en la red de distribución eléctrica. De forma que limita la potencia que puede entregar a consumo toda la instalación fotovoltaica.

Es decir, aunque se hayan montado muchos paneles con una potencia conjunta de 10,5 kWp, pero el inversor es de 10 kWn, solo se entregarán a la red o a consumo hasta 10 kW eléctricos. Es por ello que los técnicos en energía solar deben conjugar muy bien la cantidad de paneles solares. Y conseguir que la potencia pico instalada en módulos sea algo superior a la potencia nominal del inversor, pero no en exceso.

¿Por qué diferenciar entre kWp y kWn?

El motivo por el que siempre se instalan más kWp que kWn es por lo ya explicado. Los paneles solares tienen una potencia máxima, pero desgraciadamente no todos los días tenemos un sol magnífico, ya que suele haber alguna nube, suciedad, polvo, etc. Además, en muchas ocasiones no se pueden instalar los paneles con la inclinación y orientación óptima. Sin olvidar que la tierra se mueve y la posición relativa del sol va cambiando a lo largo del día.

Todo esto hace que la producción de los paneles solares sea inferior a su máximo teórico. Y, por eso mismo, el ingeniero que realice los cálculos, debe dimensionar el campo de módulos solares un poco más grande que el propio inversor. De modo que en términos medios la potencia pico de los paneles se aproxime a la potencia nominal del inversor.

potencia pico vs potencia nominal

Diferencia entre kW y kWh

Hasta ahora hemos hablado del trabajo que realiza un motor eléctrico o una persona al mover un objeto; también de la potencia que generan los paneles solares y la que transforman los inversores, que se mide con W o kW. Sin embargo, no hemos definido qué es la energía eléctrica y la relación con la potencia.

Bien, la energía eléctrica es la que se origina cuando se genera una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico. Cuando esos dos puntos se unen, se genera una corriente eléctrica que circula desde el punto con mayor potencial al de menor. Es decir, un punto tiene una tensión de 230 V (voltios) y el otro no tiene (0 V).

Al establecerse una corriente eléctrica, se hace patente la energía eléctrica que se transmite en el circuito en un periodo de tiempo determinado. Así, la potencia va en función de la tensión y la intensidad de corriente:

Potencia eléctrica = Diferencia de tensión * Intensidad de corriente eléctrica
P (W) = V (v) * I (A)

En cambio, cuando hablamos de un periodo, por ejemplo, una hora, esa potencia ha generado una cantidad de energía durante ese tiempo. En el caso de una instalación fotovoltaica que genere 6 kW eléctricos de forma constante durante una hora, tenemos que ha generado una energía de 6 kWh.

De esta manera, indicamos la potencia que un equipo, motor o estación generadora es capaz de generar, en función de su diseño, hablando de kW. Por ejemplo, la potencia de una planta generadora de solar fotovoltaica tiene una potencia de 105 kWp en el campo de captadores solares y una potencia de 98 kWn de inversor.

Energía (kWh). Por otro lado, cuando ese equipo, motor o huerta solar empieza a funcionar, trabaja o es capaz de aportar una parte de su capacidad de forma instantánea. Sin embargo, no nos interesa la potencia que genera en un momento determinado, sino, más bien, la energía que nos entrega durante un día o a lo largo de un año.

Es entonces cuando hablamos de energía y la valoramos en términos horarios: “la planta solar ha generado 75 kWh durante el último año”. Siendo este dato una media de toda la energía que ha generado.

¿Conoces los carriles bici con paneles solares?

07-09-2023
Hogarsense
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Nuestras ciudades están cambiando. Después de casi un siglo en el que el coche lo ha invadido todo, ahora ocurre lo contrario. Cada vez se ponen más trabas a los vehículos en nuestras ciudades: más restricciones de circulación, menos zonas de aparcamiento, etc. Pero es un cambio global, no solo en España. Ahora llega el turno de la bicicleta y está recibiendo el apoyo de la fotovoltaica. Así nacen los carriles bici con paneles solares.

Desde muchas organizaciones se buscan alternativas para la instalación de paneles solares en los lugares de consumo. Se estudia la posibilidad de aprovechar los cauces de canales y cubrirlos con módulos fotovoltaicos, también las vías del tren e incluso carreteras. Así es que cuando alguien propone instalar placas solares en los carriles para bicicleta que se abran nuevos cada día, no nos debe extrañar.

Sin embargo, encontramos dos modalidades de carriles bici con paneles solares. Unos funcionan como pavimento y otros como toldo.

Carril bici fotovoltaico

La solución de crear un pavimento fotovoltaico sobre el que circulen las bicicletas se está adoptando principalmente en los Países Bajos. Para ello, los paneles solares deben estar reforzados con un cristal superior templado y de alta resistencia al impacto. Aun así, es normal que de vez en cuando algún vidrio se cuartee.

Instalaciones de este tipo las encontramos en diversos lugares del país de los tulipanes. Por ejemplo, en la localidad de Krommenie, al Noreste de Ámsterdam. Donde en 2015 se adaptó un carril bici con paneles solares en el suelo y sobre él conducen los ciudadanos sus bicicletas.

carril bici solar Utrecht

Este camino para bicicletas es especial porque uno de sus dos carriles está equipado con paneles solares que generan electricidad y la inyectan en la red pública. Aunque este carril-bici apenas dispone de 76 metros de instalación fotovoltaica, los desarrolladores esperaban que pudiera producir suficiente energía anual para alimentar varios hogares.

Después de apenas seis meses de funcionamiento, los responsables del proyecto evaluaron el funcionamiento y comprobaron que, a pesar de las pocas horas de sol, y el paso de más de 150.000 ciclistas por el camino, se habían generado más de 3.000 kWh. Suficiente para alimentar un hogar durante un año.

Otro ejemplo lo encontramos en la ciudad de Maartensdijk, al norte de Utrecht. En esta población holandesa se construyó en el 2021 un carril bici con una base de 330 metros de placas solares. Gracias a los cuales, se estima que puedan alimentar de electricidad a unas 40 viviendas.

Carril bici con sombrilla solar

En cambio, en otros lugares se está apostando por algo diferente y que a la vez es algo más sencillo, puesto que se pueden utilizar paneles solares convencionales. Así, lo que se está promoviendo es cubrir los carriles para bicicleta con una marquesina que soporta los paneles solares.

Esta disposición tiene algunas ventajas adicionales sobre la anterior.

1. No se necesitan paneles fotovoltaicos especiales con mayor resistencia.

2. Los propios paneles proveen protección a los ciclistas; en invierno frente a la lluvia y en verano frente al sol.

3. La lluvia facilita la limpieza de los módulos fotovoltaicos, asegurando que las hojas de árboles u otra suciedad se desprenda.

4. La propia estructura puede disponer de iluminación para facilitar el viaje y aportar mayor seguridad a los ciclistas por la noche.

Así, encontramos varios proyectos repartidos por diferentes países.

carril bici solar en corea

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El primer ejemplo es en Corea del Sur, donde se instalaron paneles solares en el carril bici que circula entre las dos direcciones de una autovía para coches. En este caso es un carril para bicicletas de 32 kilómetros entre las ciudades de Daejeon y Sejong. Casi en su totalidad está cubierto por paneles solares que proporcionan sombra, además de alimentar las luces de la carretera y las estaciones de carga de vehículos eléctricos.

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carriles bici con paneles solares en Friburgo

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El segundo ejemplo lo encontramos en la ciudad alemana de Friburgo, donde este mismo año se inauguró un tramo de carril bici con una marquesina de paneles solares en las cercanías del estadio de fútbol Europapark. En este caso la longitud solar es de 300 metros con algo más de 900 módulos fotovoltaicos con una potencia pico instalada de 287 kWp. Además, se le ha dotado de unas luminarias cada ciertos metros, para mejorar la circulación de las bicicletas durante la noche. Por supuesto, alimentadas con electricidad verde y gratuita del sol.

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Y un tercer proyecto que aún está en desarrollo es el del arquitecto alemán Peter Kuczia. El Solar Veloroute, un carril bici modular y semicerrado que proporciona a los ciclistas refugio, luz por la noche y estaciones de carga en el camino.

Además de los paneles solares, se incorpora una cubierta con tela resistente a la intemperie para proteger a los ciclistas del sol, el viento y la lluvia. Los arcos de acero curvo soportan el conjunto de paneles fotovoltaicos que, según su creador, podrían generar hasta 2.000 MWh de electricidad por kilómetro de ciclovía. Actualmente, este diseño se está utilizando en Suiza y Dubái.

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¿Puede el hidrógeno sustituir al gas natural?

18-07-2023
Hogarsense
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El hidrógeno es una de las principales alternativas para sustituir a los combustibles fósiles, que representan claramente un problema de sostenibilidad ambiental. Aunque la naturaleza pueda regenerarse tras grandes catástrofes, necesita un tiempo que la sociedad humana no le da. Por ello debemos analizar si el hidrógeno puede sustituir al gas natural y otros combustibles fósiles, como energía renovable o simplemente ser un complemento.

Gas Natural vs Hidrógeno

Sin embargo, para hablar de la sustitución del gas por hidrógeno, o que sean complementarios, primero debemos conocerlos. Para empezar, debemos saber que el hidrógeno es el elemento más simple y el más abundante en el universo. Bajo las condiciones de nuestro planeta, el gas existe en forma di-atómica, H2. Sin embargo, debido a su alta volatilidad no suele estar en estado puro, sino combinado con otros elementos.

Esta alta volatilidad o capacidad de reacción hace que sea interesante como combustible puesto que, al reaccionar con otros elementos, el proceso químico-físico desprende gran cantidad de energía. Sin embargo, también es difícil su fabricación para conseguir un gas combustible. Una forma que se evalúa es utilizando paneles solares en lugar de la quema de combustibles fósiles.

Hidrógeno como combustible

Propiedad físico-químicaValor
✓ Peso molecular2,01594
✓ Densidad del gas a 0 ºC y 1 atm.0,08987 kg/m3
✓ Densidad del líquido a -253 ºC708 kg/m3
✓ Densidad del sólido a -259 ºC858 kg/m3
✓ Temperatura de fusión (de sólido a líquido)– 259 °C
✓ Temperatura de ebullición a 1 atm (de líquido a gas)– 253 °C
✓ Calor de fusión a -259 ºC58 kJ/kg
✓ Calor de vaporización a -253 ºC447 kJ/kg

Para usar el hidrógeno como combustible los límites de inflamabilidad son especialmente importantes. Cuando este se mezcla en aire seco a una presión de 101,3 kPa y a una temperatura de 25 ºC, los límites inferior y superior son de 4,1% y 74,8%, respectivamente. En el caso de la mezcla hidrógeno-oxígeno son de 4,1% y 94%.

límites de inflamabilidad

Sin embargo, una reducción en la presión por debajo de 101,3 kPa tiende a estrechar el rango de inflamabilidad, aumentando el límite inferior y disminuyendo el superior. Esto hace que, incluso las pequeñas fugas de hidrógeno, tengan un gran peligro de incendiarse o explotar. Este factor aumenta sensiblemente en un recinto cerrado, aumentando drásticamente el riesgo de combustión y explosión, básicamente debido a que la cantidad de hidrógeno está más concentrada.

Como ejemplo de su potencial combustible vemos la siguiente imagen, en la que observamos los límites de inflamabilidad de diferentes combustibles que utilizamos en nuestro día a día.

Gas natural vs. hidrógeno

Para saber si el hidrógeno puede sustituir al gas natural, debemos analizar las diferencias que hay en su utilización como combustibles. Para ello revisaremos una instalación real en el proyecto ‘Green Pipeline Project’ que se realizó en Portugal. En esta serie de imágenes comprobamos las dos instalaciones, una de gas natural y otra de hidrógeno, que están en funcionamiento simultáneamente.

salida de humos gas e hidrogeno

Se observan las dos instalaciones en las que se queman ambos gases. A la derecha de la foto vemos la salida del quemador de hidrógeno, en la que no se ve ninguna llama. Casi en la parte izquierda, donde vemos a un operario de la instalación, está la salida del quemador del gas natural, donde se aprecia una gran llama de color amarillo-anaranjado.

La imagen muestra claramente cómo el hidrógeno y el gas natural arden de una forma muy diferente, algo muy importante a tener en cuenta en cualquier tipo de proyecto en el que se quiera sustituir un gas por otro. Debemos entender cómo afecta la llama al proceso final, desde un horno hasta un motor de combustión interna.

Principales diferencias entre la combustión del hidrógeno y del gas natural:

  • La llama del gas natural es amarilla/naranja y produce una temperatura de alrededor de 1.800 ºC.

  • En cambio, la llama del hidrógeno es prácticamente invisible a pesar de que produce una temperatura mucho más alta, alrededor de 2.200 ºC.

  • Además, la llama del hidrógeno apenas emite radiación en el espectro de luz visible. Esto hace que su entorno no se caliente de forma significativa, algo que sí ocurre con el gas natural. Esto es peligroso para los operarios que trabajan en una instalación de combustión de hidrógeno, puesto que al no calentar tanto su entorno puede parecer que está apagado. Así, ante una posible fuga de hidrógeno que está combustionando, un operario puede acercarse demasiado a la llama sin siquiera haberla percibido.
termografía gas natural e hidrogeno
  • Otro aspecto a tener en cuenta es la velocidad de llama del hidrógeno, que es casi cinco veces superior a la del gas natural. Esta característica es beneficiosa para una combustión, aunque al mismo tiempo complica el control de la misma llama.

¿Qué es la curva de pato fotovoltaica?

15-06-2023
Hogarsense
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Las energías renovables y sobre todo la fotovoltaica están cambiando el mundo energético tal y como lo conocíamos hasta ahora. Estamos viviendo noticias que hasta hace bien poco eran impensables, como que el coste de la energía en el mercado mayorista es de cero euros. Aunque a los ciudadanos de a pie no nos llegue esa rebaja. También estamos empezando a oír casi a diario que se está produciendo una ‘curva de pato‘ en la generación eléctrica. Pero ¿qué es la curva de pato fotovoltaica?

¿Qué está sucediendo con la generación eléctrica?

Hasta hace unos años la generación eléctrica se controlaba casi al 100 %, es decir, la producción de electricidad acompañaba a la demanda. Explicado en otras palabras; cuando las personas o empresas encendían luces, televisores, cocinas eléctricas, máquinas, trenes, etc. se activaba la generación en centrales térmicas, de gas, centrales hidroeléctricas, etc. Las únicas que estaban siempre en marcha y produciendo electricidad eran las centrales nucleares, aunque también se puede regular la cantidad de electricidad que generan.

Sin embargo, en la actualidad esto está cambiando debido a las energías renovables. Por desgracia las fuentes renovables no suelen tener en cuenta la curva de demanda de electricidad que realizamos. Es decir, durante gran parte del día apenas consumimos electricidad en los hogares. En cambio, al anochecer y al amanecer en las viviendas se necesita mucha electricidad que se suma a la demanda de la industria y el transporte.

En cambio, el sol no nos aporta su energía en esas horas críticas de la madrugada o del anochecer, y muchas veces el viento tampoco. Así, con el aumento que se está produciendo en la puesta en marcha de nuevas instalaciones fotovoltaicas (tanto de autoconsumo como de venta de electricidad), se genera mucha electricidad en las horas centrales del día, provocando la parada de las centrales térmicas, de ciclo combinado, de carbón, etc.

¿Qué es la curva de pato?

La aparición de las energías renovables y su aportación al sistema eléctrico de muchos países, ha provocado que en los momentos en que generan electricidad se dejen de usar los combustibles fósiles. Según lo explicado en el apartado anterior, cuando los ciudadanos y empresas consumen electricidad, esta debe ser generada.

Por desgracia, hasta la fecha no ha sido posible almacenar la electricidad en grandes cantidades. Por ello, la electricidad que se consume debe ser igual a la que se genera.

Con la aparición de las energías renovables y su desarrollo, se ha analizado y plasmado en gráficas la cantidad de electricidad que se genera, en función de su origen. Obteniendo gráficas en las que se separa la cantidad de electricidad que se genera mediante energías alternativas y combustibles fósiles, de las que se genera con fuentes renovables (eólica, fotovoltaica, hidroeléctrica, etc.)

A lo largo de los últimos 10 años estas gráficas han ido cambiando sensiblemente. Esto se ha debido al progresivo aumento de la cantidad de instalaciones solares fotovoltaicas año tras año. Estas han provocado que se genere mucha electricidad en las horas centrales del día y, como consecuencia, se paran las centrales que usan combustibles fósiles.

curva de pato fotovoltaica california

Como vemos en la gráfica anterior, en la que se muestra únicamente la cantidad de electricidad que se genera con combustibles fósiles, con la salida del sol su necesidad empieza a disminuir. Esto coincide con el aporte que empiezan a hacer todas las instalaciones fotovoltaicas que hay en California.

Así, conforme va transcurriendo el día se produce más electricidad limpia y las centrales térmicas de carbón, gas y otros combustibles derivados del petróleo van parando y reduciendo su aportación hasta el mediodía. Para empezar a producir paulatinamente según va avanzando la tarde.

Además, comprobamos cómo año tras año, gracias a la instalación de nuevos sistemas fotovoltaicos, la curva cae más y más. De modo que en el 2023 se ha llegado a niveles de cero producción con energías tradicionales y contaminantes, en las horas centrales del día. Es decir, durante un par de horas, el total de la energía es suministrada por fuentes renovables cubre toda la demanda.

¿Cómo aprovechar al máximo la generación eléctrica renovable?

Según los expertos en sistemas eléctricos, el siguiente paso es el almacenamiento. Hemos llegado a un punto en que la generación eléctrica con fuentes renovables es mayor al consumo en muchos momentos. Bien en las horas centrales del día gracias a la fotovoltaica, o bien en días de viento gracias a la eólica. Sin embargo, toda esa electricidad que no se necesita en esos momentos se pierde.

Ese es uno de los motivos por lo que en ocasiones vemos un parque eólico en el que únicamente algunos molinos están funcionando. El resto están parados. De igual forma sucede con las plantas fotovoltaicas, en las que en ocasiones los inversores bloquean el vertido de electricidad, puesto que no se necesita.

Es por ello que todos los conocedores de los sistemas eléctricos opinan que es hora de avanzar en los almacenamientos a gran escala. De este modo se podría almacenar electricidad en grandes cantidades, durante esas horas de gran producción, para usarla en momentos de gran demanda. Además, ese almacenamiento también se podría hacer de forma distribuida, de manera que no se sature la red de distribución eléctrica y estén más cerca de los centros de consumo.

¿Y tú, qué opinas, que se debe hacer ahora?