Instal·lciós solars # Instalaciones solares
Anuncio
Introducció Vivim rodejats de maquines per totes parts. Màquines que ens informen, ens transporten, ens escalfen... En definitiva ens fan la vida més fàcil Les màquines no son més que transformadores de l'energia. Sense ella no podríem funcionar. Per això, la recerca de fons d'energia es fa inajornable. L'evolució de la humanitat s'ha desenvolupat paral·lelament al desenvolupament al descobriment i a l'explotació de diferents fonts d'energia. Pràcticament, l'únic animal de sang calenta que existeix a la Terra i el que la natura no ha dotat d'adaptacions especials per protegir−se de les inclemències meteorològiques ni per resoldre els seus problemes de transport, és l'ésser humà. A canvi, l'evolució l'ha equipat amb un cervell amb un cervell extraordinàriament complex que li ajuda a comunicar−se, idear processos, crear art i solucionar problemes. Cada civilització i època s'ha caracteritzat per un ús determinat de les fonts d'energia conegudes. Els historiadors molt sovint coincideixen en senyalar que la història de l'home es el relat de com han fet per conquerir l'energia. És clar que la història es composa de molts més factors i que es relacionen entre sí i no tenen igual desenvolupament en unes parts del món i d'altres. Abans de conèixer el foc, els homes i les dones sols contaven amb la seva pròpia màquina corporal, els seus muscles per caçar menjar i desplaçar−se d'un lloc a un altre. Per aprofitar aquesta energia, va utilitzar instruments molt rudimentaris però cada cop amb més quantitat (pals, pedres...). El foc va passar de ser temut a ser dominat. A partir d'aquest instant la llenya es convertí en una fon d'energia de gran importància. L'home podia escalfar−se, cuinar una major varietat d'aliments i protegir−se de depredadors. Convé recordar que fa més de mig milió d'anys, l'home conegué el foc però durant milers d'anys només era capaç de mantenir−lo encès d'una forma constant. Fa 200000 anys els homes van aprendre a encendre'l. A partir de la conquesta del foc, podia dominar la llum, l'escalfor i els depredadors. Això li va permetre descobrir la metal·lúrgia. Els instruments i les armes serien molt més resistents i eficaces. Posteriorment va afegir la força muscular d'alguns animals mitjançant la domesticació. La agricultura emergent es beneficià molt amb l'ús d'aquests animals. Fa aproximadament 6000 anys la provisió de noves fonts d'aliments per part de l'agricultura alliberar els homes de la recerca de menjar i així van poder dedicar−se a altres activitats. Amb el pas dels anys i la diversitat d'activitats de l'home va fer que cada cop més les comunitats fossin més grans en numero de persones. Cada cop es més necessari el consum d'energia per construir pobles, ciutats, fortificacions... La construcció d'aquestes ciutats, etcètera, exigia grans quantitats d'energia. Els animals no eren capaços de utilitzar eines i entre altres motius aquest és el trist naixement de l'esclavitud. Una energia barata i especialitzada. L'esclavitud tot i que detestable, es considerà com la maquinaria de més potència i rendiment durant molts segles. No hem d'oblidar, que el comerç amb esclaus va arribar fins al segle XIX, i que amb més 1 o menys grau ha estat acceptat per totes les cultures. 3000 anys abans de la nostra era, els egipcis construïen piràmides gegantines amb milers d'esclaus amb una tecnologia molt avançada però desconeixien la roda. El descobriment de la roda, millorà no tan sols el transport sinó el moviment de persones i mercaderies entre les ciutats. Els romans basaven tot el seu poder en el moviment d'exèrcits i el comerç gràcies a les carreteres que travessaven els seus territoris. Aquest motiu fa que boscos sencers d'Europa fossin destruïts per ser cremats i obtenir−ne entre altres utilitats l'energia necessària. L'ús de la vela per aprofitar l'energia eòlica, va suposar una millor en les tècniques de navegació que va fer possible la creació de rutes de comerç i per transportar exèrcits per conquerir nous territoris. Per altra banda es combinen els coneixements de la roda aplicada a maquinàries i es construeixen multitud de molins de vent. En els llocs on el vent escassejava, eren utilitzats els animals. També neix l'ús de la força hidràulica aprofitant el salt d'aigua per moure rodes i transformar la força de l'aigua en energia. Així, al finals de segle XVI, la fusta era el combustible més utilitzat coma font d'energia, a més de ser la principal matèria primera per quasi tot: Construcció de vaixells, fabricació de paper... Els metalls i el vidre eren fosos en forns alimentats amb llenya o carbó vegetal. Un vaixell de l'època necessitava per ser construït quasi 5000 roures adults. La prosperitat del comerç i el descobriment d'Amèrica i Àfrica va agreujar fins a tal punt el procés de desforestació que pràcticament van desaparèixer tots els boscos i que Espanya n'és un clar exemple d'aquest fet. La societat de l'època necessita cada cop més metalls per cada cop més utilitats. La manca de llenya fa que l'home comenci a utilitzar cada cop més el carbó, tenint en conte que amb un quilo de carbó es pot obtenir tanta energia com amb tres de llenya. La manca de llenya fa que el ferro substitueixi a la fusta com a matèria primera. Ara tot es construeix en ferro: bigues, vaixells, rodes, estructures... La indústria naixent necessitava la màquina de vapor per bombejar l'aigua de les mines, i era el moment en que aquestes màquines es podien fabricar amb ferro, amb molta precisió i quantitat. Ràpidament la màquina de vapor arrelà a la societat de l'època i en tots els sistemes productius. El motor de vapor es va aplicar al transport, el 1807 neix el primer vaixell de vapor i el 1825 la primera locomotora. Totes les indústries adopten les màquines de vapor per produir més ràpidament una major quantitat de productes que es podien transportar a diferents llocs. Així el 1900 la major part de l'energia mundial derivava del carbó. L'electricitat com a forma d'energia, té una especial implantació quan es descobreixen la dinamo i els generadors al principis del segle XX. A partir d'aquell moment, totes les tecnologies comencen a tenir un gran desenvolupament. En pocs anys s'introdueix l'ús del petroli com a combustible, el motor d'explosió, el transformador elèctric, la radio... A més, dues guerres mundials consecutives van tenir que ser alimentades amb màquines inventades a aquella etapa. Alguns països van utilitzar aquestes noves tecnologies distanciant−se cada cop més dels països que no les podien utilitzar. 2 Al final de la Segona Guerra Mundial, l'energia atòmica ja ha demostrat el seu gran poder destructor. S'anuncia que l'energia nuclear podrà ser utilitzada en centrals que generaran energia elèctrica i que serà tan barata que ni tan sols valdrà la pena cobrar−la. El petroli sembla tan abundant que durarà sempre. S'instaura la idea de l'home que domina la natura. Als anys 70, el primer món coneix un desenvolupament sense precedents. L'automòbil es massifica. L'electrodomèstic és el rei de totes les cases. Però alguna cosa passa: apareix una odiosa paraula que cada cop es pronuncia amb més assiduïtat: contaminació. L'ús massiu de combustibles fòssils contamina l'aire, la terra i l'aigua. S'arriba a pensar que l'energia atòmica és la solució però hi ha algunes veus que no ho veuen tan clar. La fissió nuclear no resulta tan barata com es creia i per tant genera problemes de rendibilitat, i el que és més greu, una gran quantitat de residus radioactius, els quals tenen un difícil emmagatzematge i una gran perillositat. Els anys 1973 i 1979, arriben les primeres grans crisis del petroli. L'home se'n dona compte que el petroli no és inesgotable i que cada cop és més car. Molts estats comencen les primeres campanyes d'estalvi energètic a les quals l'home no estava acostumat, és una època dura, i sembla que tota l'estructura se n'anirà a terra ja que el petroli és controlat per grans companyies, però depenents dels països productors (OPEP). Situació actual Estem ja al segle XXI. Ara podem mirar enrere i aprendre del passat. La història ens demostra que l'home està sotmès totalment a l'energia. Per més energia que tingui al seu abast, sempre en necessitarà més. Si prenem com a referència el consum d'energia de l'home fa 100000 anys, a l'Edat Mitja, els homes ja gastaven cinc cops més d'energia, aquest consum es triplica al segle XIX en plena revolució industrial. Actualment l'home utilitza cinquanta cops més d'energia que un home de fa 100000 anys, deu cops més que en el segle XV, i tres cops més que en el segle XIX. Això és tan sols una aproximació. L'ús i abús de les fonts d'energia, ha situat a la humanitat en una situació molt delicada. El nostre planeta comença a ressentir−se'n d'una manera greu i no som capaços fins i tot de preveure les conseqüències futures que la contaminació ens està provocant. El desglaç de les zones polars, els aiguats, la disminució de la capa d'ozó, són el producte d'un ús excessiu de combustibles fòssils com el petroli i el gas. És important valorar que aquesta energia tan sols està en mans de pocs de països. El tercer món, no en té, i n'està pagant les conseqüències a nivell de desenvolupament. Els països desenvolupats són el 22% de la població mundial i consumeixen el 82% de tota l'energia. El 18% d'aquesta energia està repartida pel 78% de la població del planeta. Un exemple molt clar: 1europeu mig, consumeix la mateixa energia que 16 africans junts. Per tot això, aconseguir noves fonts d'energia més netes i inesgotables, s'ha convertit en una primera necessitat. Després de la primera i segona crisis del petroli (1973 i 1979), s'ha pogut comprovar que el subministrament de combustibles fòssils està condicionat a un mercat internacional amb moltes fluctuacions 3 del preu. L'home actual depèn del petroli. Una de les energies alternatives és l'energia solar, encara que avui per avui s'inverteix molt poc en la seva investigació i desenvolupament. Encara que la quantitat de radiació solar que arriba a la terra podria cobrir milers de cops les necessitats humanes, la seva energia és de baixa concentració, i per tant és molt difícil igualar la producció de les centrals tèrmiques, es necessitarien moltes hectàrees de pannells solars i per tant resultarien molt cares. Això no vol dir que altres aparells d'utilització de l'energia solar no siguin rentables, com per exemple, les plaques solars, que si són cada cop més competitives amb rendibilitat i cost. El Sol té una gran avantatge respecte als combustibles fòssils. L'energia solar es pot obtenir des de qualsevol punt del nostre planeta, mentre que el petroli i el gas, només es pot trobar en molt pocs llocs del nostre planeta d'una manera rentable. Aquest exemple és el mateix per l'energia eòlica. El vent és un fenomen molt usual a la major part del nostre planeta amb més o menys intensitat. Molts cops ens en oblidem que l'energia solar és la responsables de que a la Terra es produeixin les condicions de llum i calor necessàries per que es desenvolupi la vida. Podem dir que l'energia solar és l'energia per excel·lència. Al llarg de la història l'home ha utilitzat el Sol de moltes maneres. Tots tenim clar la obtenció de sal de l'aigua del mar gràcies a l'evaporació, o per exemple l'assecat de fruits o el cuir adobat. A finals del segle XIX i principis del XX, arriben els primers avenços tècnics però resten esclafats per la revolució industrial i el preu tan barat del petroli i el carbó. Després de la primera crisis del petroli i durant la dècada dels anys 80, arriba el gran boom de la investigació de les energies alternatives. Ja es troben multitud d'aparells per a la utilització d'aquestes energies renovables. 4 L'energia ni es crea ni es destrueix, tan sols es transforma. Cap aparell té un rendiment del 100%. Cada canvi de forma d'energia es perd una part major o menor d'aquesta en forma de calor. Al aprofitar l'energia solar en forma de llum i calor, utilitzem la font energètica directament, sense molts canvis de forma ni de lloc, el que provoca poques pèrdues d'energia. La tecnologia que fa falta per construir aparells solars és fàcil i poc consumidora d'energia en si mateixa. En resum, el subministrament d'energia per part del Sol, es calcula que està garantit al menys durant 6000 milions d'anys més. En l'època que ens ha tocat viure assistim a una nova revolució tecnològica en el camp de l'energia. És clar que hem de mirar cap al Sol i abandonar moltes de les tecnologies energètiques que fins ara hem utilitzat massivament. Cadascú de nosaltres ha de ser conscient, que és un tema que ens afecta a tots. Hem de pensar en el futur del planeta i el nostre. L'energia El Sol és la font d'energia més important que existeix. Aquesta energia que ens arriba d'aquesta estrella es pot dividir en dos tipus i per tant, en dues maneres diferents d'utilitzar−la. − Un tipus d'energia que ens arriba del Sol és l'anomenada energia calòrica o tèrmica la qual, a partir de les seves característiques es basa en l'aprofitament tèrmic, procés que consisteix en l'absorció de l'energia solar i la seva transformació en calor. − L'altre tipus d'energia que rebem és l'anomenada energia fotònica, la qual, a causa de les seves característiques , fa que haguem de dur a terme la conversió fotovoltaica, procés que permet de transformar−la 5 directament en energia elèctrica o qualsevol altre tipus d'energia. Energia calòrica o tèrmica És aquella que és transmet entre dos cossos que es troben a diferent temperatura. Un element molt important que hi participa és la calor. Aquesta la podem definir com aquella vibració de molècules que té lloc a qualsevol cos. Aquesta vibració que té lloc en el cos es tracta de moviment. Una de les finalitats per el qual utilitzem la energia solar, o en aquest cas, l'energia calòrica és per a causar moviment en diverses màquines o en altres cossos. Quan s'aprofita directament la calor a través de diversos aparells que l'emmagatzemen i la transformen en algun tipus de treball, podem estar parlant d'energia solar. La transferència de calor es produeix a partir de tres processos físics molt importants. Aquests processos són els següents: − La conducció, procés que requereix un contacte físic entre els cossos, o parts dels cossos que estan produint una transferència de calor. − La radiació, procés que no necessita que els cossos estiguin en contacte ni que hi hagi cap tipus de matèria entre ells. En aquest cas hi podem introduir la transferència de calor que rep la Terra del Sol. − La convecció, el qual es produeix a través del moviment d'un líquid o un gas que es troba en contacte amb un cos que està a una temperatura diferent. La calor representa la quantitat d'energia que un cos transfereix a un altre com a conseqüència d'una diferència de temperatures que es troba entre dos cossos. El seu caràcter energètic permet de convertir−la en treball mecànic el qual es pot utilitzar per resoldre necessitats humanes. Per utilitzar aquest treball existeixen diferents sistemes. El més utilitzat són els col·lectors. En un ús més generalitzat, per tal de convertir l'energia del sol en treball s'han creat les centrals heliotèrmiques. Energia fotònica Per aprofitar aquest tipus d'energia es duu a terme el procés conegut com a conversió fotovoltaica o fotoelectricitat. L'element més important d'aquest tipus d'energia és el fotó, element que el podem definir com aquella quantitat d'energia en forma de radiació electromagnètica que ha estat emesa o absorbida per la matèria. Per tal d'utilitzar aquesta energia s'ha desenvolupat el sistema fotovoltaic. La clau del desenvolupament de la conversió fotovoltaica han estat els elements semiconductors. El silici, el germani, l'arsenur de gal.li, el sulfur de cadmi i alguns altres elements tenen la característica de ser portadors de dos tipus de corrent elèctric, un amb electrons lliures, capaços de viatjar pel vidre i un altre anomenat buit, dotat de càrrega positiva. hi ha semiconductors en els quals predomina la conducció per buits, els quals són també coneguts com els tipus p, i en altres predomina la conducció d'electrons lliures, els anomenats, tipus n. El procés per aprofitar l'energia fotònica del Sol s'anomena conversió fotovoltaica. Consisteix en la transformació directa de l'energia lluminosa en energia elèctrica. Per a dur−ho a terme cal recorrer a uns dispositius que s'encarreguen de realitzar aquesta conversió, les cèl.lules fotovoltaiques. − Una cèl.lula fotovoltaica és un dispositiu que està constituït per una plaqueta feta de materials semiconductors de gran puresa, la qual està proveïda d'elèctrodes d'entrada i de sortida. Quan la llum hi incideix a sobre, tenen lloc una sèrie de fenòmens que generen una força electromotriu capaç d'arribar a produir corrent elèctric. Les cèl.lules es montent sobre els anomenats panells solars. Aquests presenten dues característiques importants: 6 − El seu rendiment és directament proporcional a la densitat de radiació solar que hi ha en aquell moment. • Un augment de la temperatura de funcionament determina directament una disminució del rendiment del procés. Aplicació d'una instal·lació solar a una casa Aigua calenta sanitària (o sistema ACS) La instal·lació d'un sistema d'energia solar per l'aigua sanitària esta formada per blocs: • Un generador solar tèrmic, que en aquest cas són els col·lectors solars, i una estructura de suport que els sostingui. • Un generador auxiliar, el qual s'encarregarà de transformar l'energia en el moment en que el sistema principal (col·lectors solars) no permetin generar tota l'energia suficient per satisfer−nos. Aquest sistema auxiliar pot ser un escalfador de fuel, gas, o elèctric. • Un condicionament, el qual contindrà un sistema d'acumulació. Aquest sistema d'acumulació serà l'encarregat d'emmagatzemar l'aigua calenta en un dipòsit. A més, aquest condicionament conté bombes i equips de regulació i de control. • Finalment les càrregues, que són les aixetes. La meta del recorregut de l'aigua durant aquest sistema. 7 Sistemes de circulació natural: Aquest tipus de sistema d'aigua calent sanitària, té com a avantatge que és simple, fiable i té baix cost. Com a inconvenients, requereix la necessitat de controlar les situacions extremes que es puguin produir, com ara la pressió i la densitat. Té a més una escassa flexibilitat i una difícil estratificació del dipòsit de l'aigua. Aquest sistema es composa de: • Col·lectors solars • Circuit primari • Dipòsit d'acumulació • Escalfador auxiliar (obligatori segons la normativa) • Aigua calent sanitària (ACS) • Aigua freda per a ser escalfada • Part escalfada pels col·lectors solars. Aquest és el model general de sistemes de circulació natural. Com a variants d'aquest però, trobem dos models que venen a ser iguals però distribuïts de maneres diferents. Hi ha el circuit separat, el qual el circuit primari i l'escalfador auxiliar estan separats, i l'altre, que és el que té el dipòsit separat. Aquest últim té el dipòsit d'aigua escalfada pels col·lectors solar per una banda, i el dipòsit de l'aigua escalfada pel sistema auxiliar per una altra banda. Tots dos sistemes tenen la mateixa funció que el primer, però la distribució dels seus elements estan de manera diferent. Sistemes de circulació forçada: L'aplicació d'aquest tipus de sistemes d'aigua calenta sanitària (ACS), són als llocs la qual la intensitat de radiació solar és molt variada. 8 Aquest sistema es composa també de col·lectors solars. Un circuit primari, un dipòsit d'acumulació per l'aigua ja escalfada, un escalfador auxiliar, una sortida de l'aigua escalfada, una entrada de l'aigua per a ser escalfada, un intercanviador de calor, sonda de temperatura a la sortida del col·lector. També una sonda de temperatura en el dipòsit, el qual permet obtenir la temperatura de l'aigua emmagatzemada dins, i si cal, tornar−la a escalfar fins a adquirir la temperatura de l'aigua adient. Per impulsar l'aigua a la pressió desitjada fins a la sortida d'aigua (aixetes), cal la bomba de circulació. Càlcul d'un sistema d'aigua calenta sanitària a casa Se sap que la quantitat mitjana d'aigua calenta necessària per persona i dia és de 50L / dia. L'objectiu d'aquest càlcul és calcular amb la màxima seguretat, quants col·lectors solar caldrien per aconseguir obtenir aquesta quantitat d'aigua per persona i dia. Suposem que adquireixo en el mercat, col·lectors solars plans de la mida de 1,20m x 0,80m, el qual la seva mida en superfície es d'un metre quadrat. La quantitat d'aigua calenta que ens proporciona cada col·lector és de 75L /dia a 50ºC. Per a una casa a la qual hi viuen quatre persones, la quantitat mínima necessària de col·lectors amb la finalitat d'escalfar l'aigua sanitària seria de 3 col·lectors. Però bé, si només instal·lem 3, es podria donar casos en que l'aigua calenta no sigui suficient ja que el valor de la mitjana de consum diari d'aigua (50L persona/dia) variï segons motius diversos. Per tant, caldrà instal·lar 4 col·lectors com a mínim per tal de donar un marge de seguretat. 9 Amb aquesta instal·lació, es podrà escalfar 300 litres d'aigua calenta sanitària per dia, el qual representa que el marge d'aigua d'aprovisionament per persona serà de 25 litres de més per dia. Això no vol dir que sempre es gastin aquests 25 litres de més sempre. El marge estimat és d'un 20%, el qual assegurarà el consum per persona en els casos que variï la mitjana com ja he comentat. La normativa d'instal·lacions d'energies renovables, requereix disposar també d'un sistema auxiliar que permeti en els casos que els col·lectors no han pogut escalfar l'aigua necessària, es pugui escalfar mitjançant una caldera a gas, o gas−oil. La forma d'instal·lar els col·lectors serà en paral·lel. Aquests, col·locats a la teulada de casa orientada al sud (en el cas de Catalunya). Instal·lació de sistemes de calefacció amb energia solar activa. Primerament, cal dir que la manera de proporcionar la calor al habitatge serà mitjançant fluids (aigua), per conductes (tuberíes) fins a radiadors, els quals expandeixen tota la calor. Els elements que disposa aquesta aplicació de l'energia solar són: Col·lectors solars, dipòsit d'acumulació d'aigua, unitat d'impulsió, xarxa de distribució, unitat de control, i escalfador auxiliar (caldera convencional). Tot i que aquests sistemes de calefacció solen combinar−se a l'hora amb els de ACS, és a dir, que tenen la doble funció, en aquest cas em baso expressament a la explicació del sistema de calefacció. Per a aconseguir tenir calefacció a llarg termini diari, calen una extensió de col·lectors que primerament són molt cars i que per altra banda, ocupen un espai molt elevat, per tant, lo normal en una casa, es tenir aquest sistema com a preescalfament d'aigua. 10 Funcionament: Els raigs solars són recollits pel col·lector, que aquest es troba al terrat de casa o a alguna de les parets. El col·lector, s'encarrega de convertir l'energia d'aquests raigs en l'energia suficient per a escalfar l'aigua que conté el dipòsit d'acumulació, havent passat primer per l'intercanviador de calor. Aquest dipòsit, disposa d'una entrada d'aigua freda, que és la que serà escalfada pels col·lectors. Dins del dipòsit d'acumulació, depenent de l'alçada en que es troba l'aigua, aquesta estarà més calenta o menys, depenent per l'ús que se li vulgui donar. A la part més inferior, és a dir a la base, és per on entra el tub de l'intercanviador de calor. Per tant, és la zona que conté l'aigua a una temperatura més baixa. A mida que el tub s'allunya de la base del dipòsit, la temperatura de l'aigua augmenta, ja que la quantitat del tub que està en contacte amb l'aigua és molt més gran. L'aigua de la base, d'aproximadament 20ºC, per tant, és la temperatura adient per l'ACS. 11 L'aigua que es troba a la part superior del dipòsit, és la que és fa servir per la calefacció. Aquesta, a una 50ºC, que més tard es reescalfada fins als 80ºC per la caldera convencional. Això demostra, que aquest sistema de calefacció mitjançant col·lectors solars, és només un estalvi energètic, i no un recurs com en el cas de l'aigua calenta sanitària. El que fa aquest sistema és ajudar a escalfar l'aigua per així, facilitar l'escalfament d'aquesta per la caldera, a d'aquesta manera, disminuir el consum d'energia convencional. Càlcul d'un sistema de calefacció per energia solar a casa Previsió de càrrega a Catalunya: Habitatge−−−−−−−−−−−−−−−100Kcal/m2 h Passos−−−−−−−−−−−−−−−−−−−50Kcal/m2 h Càlcul: Superfície habitacle de casa meva−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 150m2 Si la superfície habitacle de casa es de 200m2, i la previsió de càrrega es de 100Kcal/m2 i 50Kcal/m2 per hora dels passos, que són aquelles zones que permeten moure't per anar a diferents habitacions (passadissos, rebedors...), aleshores, l'energia necessària serà de 15000Kcal/h + 7500Kcal/h = 22500Kcal/h. (potència calorífica). Es necessiten també, 6 hores al dia de calefacció com a mínim, el que suposa: 22500Kcal/h x 6h/dia = 135000Kcal/dia Per aconseguir aquesta quantitat d'energia, és necessari instal·lar els col·lectors plans, que són els que permetran crear aquesta energia calorífica. Els col·lectors plans, tenen un rendiment mitjà del 65%. Cada un d'aquests, proporciona 3375Kcal/dia. Com que les calories que necessitem per escalfar la casa són 135000, necessitarem: 135000 / 3375 = 40 col·lectors plans. Hem de tenir en compte el marge d'error o de variació, que permeti no ajustar massa les previsions i no quedar curt. Per a fer−ho, cal sumar el 20% de 40, que és 8. Per tant, són 48 col·lectors plans que hem d'instal·lar, perquè s pugui escalfar la casa sense problemes durant 6 hores al dia. S'ha de tenir en compte, que la normativa d'instal·lacions d'energies alternatives, requereix que s'ha de disposar d'un sistema auxiliar convencional, que sigui capaç de substituir al 100%, el rendiment del sistema alternatiu. Aquest sistema, com ja he dit abans, és una caldera a gas natural o gas−oil. Integració arquitectònica dels col·lectors solars plans Primer de tot, s'ha de considerar el tipus d'edifici o de construcció a la qual s'ha d'instal·lar aquests col·lectors 12 solars. El disseny, la composició del material i la forma, és important per l'entorn climàtic. La zona on es posen aquestes plaques solars pot ser a les parets o als terrats. Suposen la modificació de l'arquitectura de l'edifici. Si aquests causen greus impactes, aleshores, cap la possibilitat de no posar−los a les parets o façanes, i posar−los al terrat, ja que es veuen menys i normalment capten millor l'energia solar si es troben en carrers estrets per exemple. Així doncs, el lloc on s'instal·len, depèn del lloc on s'optimitza la captació dels raigs i de l'impacte visual que creen. Tipus: Captadors independents Aquests tenen la característica que estan instal·lats en una estructura de suport independent a la de l'edifici. L'avantatge d'aquest és que són simples i permeten una orientació i inclinació òptimes. En quant a desavantatges, aquests generen un impacte visual elevat, no permeten integració i tampoc suposa un estalvi econòmic d'elements constructius. L'aplicació d'aquesta opció, són a edificis amb coberta horitzontal, o edificis reformats. Captadors superposats: 13 Són captadors els quals reposen sobre l'estructura de l'edifici. Les avantatges que té aquest tipus sobre els independents, són que tenen un menor impacte visual i una menor càrrega de vent. (Més aerodinàmics) En quant a desavantatge, no suposa tampoc estalvi d'elements constructius. L'aplicació d'aquest tipus de captadors és a edificis reformats. Captadors integrats: Aquests compleixen una doble funció. Tant arquitectònica com energètica. Aquests substitueixen elements constructius, donant a més una millora d'estètica a l'edifici. • Revestiment: Aquests captadors formen una capa exterior que proporciona la impermeabilització. Se situen sobre una altra capa responsable del aïllament tèrmic. Aquest model permet un gran estalvi econòmic en elements de construcció. No creen impacte visual. • • Tancament: 14 Se situen al terrat a la façana de l'edifici. Permet el màxim d'estalvi en elements constructius. • Elements d'ombrejat: Són pannells solars sols. Permeten donar ombra al interior de l'edifici. Instal·lació elèctrica fotovoltàica Per a crear aquest tipus d'instal·lació, cal: • Panells solars o col·lectors • Línia elèctrica convencional (requerida per la llei), que en aquest cas fa de línia de seguretat en cas de que els generadors no disposin de suficient energia per fer funcionar tots els aparells elèctrics que volem utilitzar. • Sistema elèctric adaptat al sistema elèctric convencional. • Tenir present que Catalunya té 3,5 hores punta de Sol, perfectament orientat. 15 Càlcul: Previsió de càrrega per a casa meva per la qual voldré aprofitar l'energia solar. Il·luminació: *Habitacions: 4 habitacions x 100 w = 400 w. El temps que es fa servir la il·luminació a aquestes habitacions és de mitjana de 4 hores al dia. Per tant, 400w x 4h/dia = 1600w/dia *Menjador: 1 menjador, el qual requereix 400w de potència per fer funcionar totes les bombetes. El temps d'ús de la il·luminació al menjador per mitja diària és de 8 hores. Per tant, 400w x 8h/dia = 3200w/dia *Lavabos: 3 lavabos, els quals requereixen 275w tots plegats per a la il·luminació. El temps d'ús d'enllumenat és de 1 hora al dia. Tenim doncs que el consum total serà de 275w/dia Bases: 16 *1 rentadora de 800w, la qual funciona diàriament 3 hores. Tenim doncs que 800w x 3 = 2400w/dia *1Nevera de 350w, la qual funciona diàriament 12 hores. 350w x 12h/dia = 4200w/dia *1 TV de 125w, el qual funciona diàriament unes 6 hores. 125w x 6h/dia = 750w/dia La suma del potencial que es requereix per fer funcionar tots aquests elements elèctrics és de 12425w Cal donar també un marge que permeti en cas de variació de potencia no tenir problemes per l'electricitat provinent dels panells solars. El marge d'error ha de ser de com a mínim un 20%. Per tant, necessitarem 2485 w, que arrodoneixo a 2500w de marge. La suma total de potència que necessito és de 12425w + 2500w = 14925w Els col·lectors solar són de 1m quadrat, els quals proporcionen 1000w per metre quadrat. (a temperatura de 25ºC) El nombre de col·lectors que necessito és: 14925 / 1000 = 14,9 Arrodonit, la quantitat és de 15 col·lectors plans solars d'un metre quadrat. Aspectes a tenir en compte al instal·lar aquest tipus de font d'energia solar És el tipus d'energia que més costa d'aprofitar, degut a les limitacions tecnològiques que ens trobem, ja que el cost de la instal·lació és molt cara. Aquest tipus d'instal·lacions solen ser de dos tipus: • Electrificacions en habitatges situades en llocs on no hi ha línia d'alta tensió. En aquests casos surt més a compte crear aquest tipus de recurs energètic que no pas fer arribat la línia convencional. • Electrificació solar parcial. En aquest cas, es pot fer una instal·lació que cobreixi una part del consum de la casa o edifici, de manera que un cop amortitzada aquesta instal·lació, es produeixi un estalvi en les factures de l'electricitat. Els preus actuals de mitja per la creació de projectes d'aquest tipus són els següents: Electrificació d'una vivenda temporal amb tres punts de llum................1150€ Electrificació d'una vivenda permanent amb tres punts de llum.............1200€ 17 Electrificació d'una vivenda temporal amb tres punts de llum i TV.......3600€ Electrificació d'una vivenda permanent amb tres punts de llum i TV....4200€ Electrificació d'una vivenda temporal amb set punts de llum y petits electrodomèstics (inversor 24V de cc/ 220V ca).................................................................13000€ Electrificació d'una vivenda permanent amb set punts de llum y petits electrodomèstics (inversor 24V de cc/ 220V ca).................................................................14500€ Inversor de corrent continu a corrent altern. Aplicació de l'energia solar per a l'escalfament de l'aigua d'una piscina Hem vist que l'energia solar té diverses aplicacions. Aquesta n'és una altra. La climatització de piscines mitjançant aquest tipus d'energia, permetrà poder banyar−se la gent amb l'aigua de la piscina a més de 25ºC. Això per tant, permetrà que l'ús d'aquesta ja no sigui dels 3 escassos mesos que dura l'estiu a Catalunya, sinó que el període apta d'ús s'ampliï als 12 mesos que té l'any, La instal·lació de col·lectors plans de propilè, és un recurs econòmic per a dur a terme aquest projecte. S'ha de tenir en compte a més, que l'escalfament de l'aigua de les piscines, per normativa només és permès mitjançant la bomba de calor o bé per mitjà de l'energia solar. 18 Esquema d'una instal·lació solar per a l'escalfament de l'aigua d'una piscina. Càlcul del nombre de panells solars necessaris per a la meva piscina, que té una profunditat de 2 metres L'àrea de la meva piscina és de 8 x 4 = 32 metres quadrats de superfície. Per a l'escalfament de l'aigua, cal aproximadament al menys la meitat de l'àrea de superfície de la piscina en panells solars. Per tant: 32 / 2 = 16 metres quadrats (que és la meitat de la superfície) Per a aquesta aplicació, els panells solen ser de com a mínim 2 metres quadrats. 16 / 2 = 8 panells solars com a mínim. En aquest tipus d'instal·lacions, la mateixa depuradora de la piscina, fa circular l'aigua dels col·lectors solars. També s'ha de tenir en compte, que tot i així, també se sol posar una bomba específica per que faci aquesta funció. A més, existeix també la possibilitat d'instal·lar un control electronic amb una vàlvula motoritzada de 3 vies per dirigir l'aigua pels panells quan la temperatura de l'aigua a la piscina sigui menor que la dels panells solars. En el cas de que els panells solar estiguin més freds que l'aigua de la piscina, en el cas d'un dia de pluja per exemple, el control electrònic canviarà la posició la vàlvula motoritzada de 3 vies i l'aigua no passarà pels panells solars L'avantatge d'aquest sistema d'escalfament de l'aigua, és que no cal cap mena de manteniment especial dels panells solars, tot i que de tant en quant, s'han de netejar. Es recomana en els mesos més freds, instal·lar una manta isotèrmica flotant sobre l'aigua de la piscina per a evitar el refredament de l'aigua durant la nit. La instal·lació d'aquest recurs a la piscina. 19 • Els panells deuen ser instal·lats amb una inclinació de entre 15º i 45º. No pot ser menor de 15º, ja que en èpoques de gelades per exemple, aquests es puguin buidar per evitar danys importants en aquests. • Ha d'estar orientat al sud, ja que d'aquesta manera, donarà el seu màxim rendiment. • La mateixa bomba de la piscina és l'encarregada de fer circular l'aigua pels tubs dels panells solars. S'ha de preveure tenir dues claus de tancat de pas de l'aigua i una vàlvula de purgament de l'aigua. • Ha d'existir una vàlvula que permeti tallar o obrir el pas de l'aigua a través dels panells solars, i així poder controlar quan es vol escalfar l'aigua i quan no. • La vàlvula de purgament, sempre s'instal·la a la part més superior dels panells soalrs, i és utilitzada per buidar automàticament l'aigua dels panells a la piscina quan la bomba (en aquest cas la mateixa bomba de la piscina), no funciona, evitant així els danys en èpoques de gelades. Elecció d'un panell solar pla A l'hora d'escollir els panells solars, cal primer abans de tot, prestar atenció a: • Fabricant • Homologació • Preu per metre quadrat de superfície total, la qual cosa implica conèixer el preu del panell i les seves dimensions exteriors. • Garantia, tot i que si estan homologats, aquests ja disposen garantia de 3 anys. • Servei Post−Venta, en el cas de que el panell s'espatlli fora del període de garantia, es pugui arreglar. • Recta de rendiment, que ens afectarà al tipus d'instal·lació. Cal a més de tot això, assegurar−nos que l'empresa que instal·la els panells solars i tots els seus elements, sigui d'una mínima serietat, ja que així, en cas de problema, aquests responen sense problemes. És molt important sobretot, que l'elecció dels panells solars, siguin homologats, ja que l'administració, només dona subvenció als que estan homologats. Per tant, hem de descartar sempre qualsevol panell solar no homologat de fabricació espanyola. Disseny, mida i pes En el moment de l'elecció, cal tenir present el panell solar, de manera que es pugui observar bé. Hi ha molta diferència al veure'ls en catàlegs. La composició d'aquests, és un element molt important a tenir en compte, ja que depenent d'això, el pes, mida i disseny, serà diferent. Tot i que la disposició dels panells solars és de forma vertical normalment, hi ha panells que es col·loquen de forma horitzontal, quan són panells que no requereixen altes temperatures per funcionar. Els horitzontals, no són tan eficients com els verticals. Cuberta 20 Aquesta pot ser de vidre o de plastic. En general, són preferibles les de vidre. pot ser de dos tipus: • Vidre solar, el qual és polit en la seva cara interior, i rugós a la cara exterior. • Policarbonat i Tedlar, que són plàstics. Aquests però, tenen un comportament inferior als de vidre. Material i forma del circuit hidràulic Són importants per dos motius: • El material del circuit hidràulic ens determinarà el material de les tuberies y del dipòsit acumulador en el cas dels líquids, ja que degut a problemes de corrosió no convé utilitzar materials molt diferents entre ells. • La forma del circuit hidràulic i el seu disseny (sèrie, paral·lel, tubs...) determina la pressió màxima d'utilització. En general, són preferibles els circuits en paral·lel. Aïllant tèrmic A continuació de la placa col·lectora, ens trobem amb l'aïllant tèrmic. S'ha de comprovar aquí la presència del reflector, que és una fulla d'alumini brillant enganxada per damunt de l'aïllant per la part que mira a la placa col·lectora. És un mirall tèrmic que reflexa un altre cop cap a la placa la radiació que aquesta emet per sota, per la qual d'aquesta manera el seu rendiment augmenta. La caixa i el marc Pot ser metàlica o d'algun material com poliester reforçat amb fibra de vidre. Si és metàlica, és preferible que consti d'un marc y d'una placa de fons independents. El marc és l'element per on se suporten tots els components del panell solar, per tant, ha de ser molt rígid. Acostumen a ser d'acer inoxidable. Valoració personal del treball i conclusió de les enquestes Tot i que la branca del meu batxillerat no és la més apropiada per a fer aquest tipus de treball, ja que el considero més tecnològic que social, també crec que fer aquest treball m'ha permès saber més sobre les energies renovables, i en concret, sobre l'energia solar. Enfoco també aquest treball de manera social. La gran preocupació que es dóna sobre la contaminació actualment, fa pensar en millorar−la mitjançant alternatives i crec que una de elles, és l'ús de tot tipus d'energies renovables. Actualment, el petroli cada cop és més proper a ser substituït per altres fonts d'energia, com per exemple la solar o elèctrica mateix. Per exemple, a Barcelona ja he pogut veure algun autobús que circula amb motor elèctric. A mida que passi el temps, segons les investigacions que he anat fent amb aquest treball sobre el consum d'energies al món, es veu clarament que el petroli en uns 50 anys passarà a ser una font d'energia no viable i ineconòmica. Per tant, el petroli està condemnat a desaparèixer o bé ser reduït a un percentatge d'ús ridícul en comparació amb ara. Un dels motius principals pels quals vaig voler triar aquest treball, és que a mi personalment m'agradaria molt tenir aquest recurs energètic a casa, i actualment ja hem començat a mirar preus per valorar−ho si val la pena. Una de les màximes complicacions que he tingut amb aquest treball ha sigut interpretar els plànols de casa meva adaptant−los als càlculs. He vist clarament que no estic preparat per calcular−ho a la perfecció. Tot i 21 així, considero que els càlculs que he fet, ja podrien servir per ser instal·lats a casa meva perfectament. En quant a les enquestes que he fet, m'han donat una clara imatge de que tothom estaria d'acord en tenir energia solar a casa, però ningú en té actualment. Això és resultat dels elevats costs d'aquestes instal·lacions generalment. He notat també, la falta de coneixements que té la gent sobre aquest recurs energètic. La gran majoria de gent enquestada, ha reconegut que té pocs coneixements sobre aquest recurs. Per tant, un dels principals motius pels quals la gent no disposa d'aquesta font d'energia actualment a casa, és per culpa del govern i també per raons pròpies de les famílies, siguin econòmiques o per simple desinterès. Annexos Els plànols de casa meva a escala 1/50 Planta baixa 22 23 Primera planta 24 25 Segona planta 26 27 Agraïments a: Jaume Llobregat Mª Lourdes Crespo Marc Vilarrubia Laura Enriquez James Trabal Paco Benítez Christian González Bibliografía • Colectivo. La energia solar. Aplicaciones prácticas tercera edición 1999 • Curso de energia solar, tomos 1, 3, 8. • http://www1.ceit.es • http://www.cecu.es/ • http://www.coac.net/mediambient/renovables/ • http://www.coac.net/mediambient/renovables/energia_renovables/energies_renovables_intro.htm • http://revista.robotiker.com/revista_articulos/energia.jsp • http://www.unesa.net • http://www.xtec.es/ptrilla/ • http://www.bellera.org/fotovoltaica/index.htm • www.realec.es • Biblioteca Pompeu Fabra de Mataró Enquestes 28
