Activitat: te106
Tecnologia
   
 
     

Les energies renovables.

L'energia solar

La Terra rep del Sol una quantitat d'energia anual d'aproximadament 5,4x1024 J, una xifra que representa 4.500 vegades l'energia total que es consumeix.

El terme radiació solar fa referència a la quantitat d'energia rebuda per unitat de superfície en un temps determinat (mesurada en W/m2).

Les pèrdues per dispersió i reflexió redueixen el valor de la radiació un 30%.

Així, la intensitat de radiació que es rep a la superfície de la Terra se situa al voltant de 1.000 W/m2 (els valors concrets varien segons les condicions climatològiques).

Tipus d'aprofitaments solars:

Energia solar tèrmica: Són sistemes captadors de radiació solar que permeten l'escalfament d'aigua. Aquesta aigua s'utilitza normalment en sistemes de calefacció o ús domèstic sanitari.
Els captadors acostumen a ser plans, de coberta vidriada i basats en l'efecte hivernacle: capten la radiació, la retenen en forma d'energia tèrmica i eviten la pèrdua cap a l'exterior. El captador permet la conversió de la llum en calor, que escalfa l'aigua que circula per un circuit, i que normalment s'utilitza per a la calefacció.

Energia solar fotovoltaica. Són sistemes que permeten la conversió de la llum en energia elèctrica mitjançant uns dispositius anomenats cèl·lules solars

 

Les cèl·lules solars.

Són semiconductors on s'ha creat un camp elèctric de manera artificial. La cèl·lula està formada per 2 capes de silici. En una, la capa n, s'hi afegeix fòsfor, creant un excés de càrrega negativa. En l'altra, anomenada p, s'hi afegeix un altra element (bor, per exemple) i queda amb un excés de càrrega positiva.

En les zones d'unió d'aquestes 2 capes es crea un corrent elèctric quan la llum incideix en la capa n.

La potència d'una cèl·lula varia en funció de la intensitat de radiació que rep. Per això la potència nominal de les cèl·lules es mesura en watts pic (Wp). 1Wp és la potència que pot proporcionar una cèl·lula amb una intensitat de radiació constant de 1000 W/m2 a una temperatura de 25 ºC.

Una instal·lació de 10 Wp subministraria una potència de 10 W amb una radiació de 1000 W/m2. Una cèl·lula (1Wp de potència) proporciona valors de tensió de 0,5 volts i corrents d'uns 2 ampers.

Per obtenir potències utilitzables per aparells de mitjana potència, cal unir un cert nombre de cèl·lules en forma de plaques fotovoltaiques. Aquestes plaques solen contenir entre 20 i 40 cèl·lules per produir corrent continu de 12 o 24 volts i proporcionar una potència entre 50 i 100 Wp. Les plaques alhora es reuneixen en pannells.

El corrent continu generat es transforma a corrent altern mitjançant un inversor. Així es poden utilitzar els aparells de consum més habituals en instal·lacions autònomes o es pot lliurar a la xarxa elèctrica en instal·lacions que estan connectades.

L'energia produïda per una instal·lació.

El valor de la radiació solar representa l'energia que poden rebre unes plaques fotovoltaiques orientades al sud, amb una inclinació concreta. Varia en funció de l'hora del dia i de l'època de l'any. Els valors dels mapes de la dreta són estimacions mitjanes anuals.

El rendiment de les cèl·lules i la seva potència nominal són els altres factors que determinen la producció d'energia elèctrica de les plaques.

Si tot l'assoleiament (en W/m2 que arriba en un dia sobre un punt de la terra) es divideix per 1000 W/m2 s'obté el nombre d'hores d'assoleiament a 1000 W/m2, que són les anomenades hores solar pic (4-4,5 hores solar pic per dia a Catalunya).

Multiplicant les hores solar pic per la potència nominal de la placa, se sap l'energia que pot donar una placa en un dia mitjà.


Un cas concret:

L' IES Celestí Bellera, de Granollers disposa d'una instal·lació solar fotovoltaica d'una potència de 3kW. http://www.bellera.org/fotovoltaica/

Està formada per 36 mòduls fotovoltaics de 1188x530x43'5 mm, en total 22,68 m2 de superfície (6 plafons de 6 mòduls cadascun). Estava prevista una producció de 5000 kWh /any d'energia elèctrica neta que els primers anys s'ha calculat que es situa al voltant de 3800 kWh.

Cada mòdul té una potència de 85 Wp. En total 3.060 Wp.

El cost de la instal·lació, l'any 2000, va ser de 36.150 €

La instal·lació està connectada a la xarxa, i l’energia produïda s’envia a la xarxa elèctrica general. Per llei, la companyia elèctrica està obligada a comprar aquesta electricitat a un preu de 0,40 €/kWh, ja que és una energia neta i renovable.

Els 3800 kWh. produits de mitjana anual suposen una reducció de les emissions en CO2 d'uns 900 kg/any (els càlculs s'han fet a partir d'una estimació d'un estalvi de 0,23 kg de CO2 per cada kwh de producció solar)

Es pot fer el seguiment històric de les dades de funcionament de la instal·lació des de l'abril de 2001
http://www.bellera.org/fotovoltaica/historial.htm

 

 

Qüestions:

Segons dades de Green Peace el cost actual d'instal·lació d'un kWp de potència en energia fotovoltaica representa un cost que oscil·la entre els 9000 € en instal·lacions petites i els 6000 € en instal·lacions més àmplies.

El preu de venda de l'energia fotovoltaica oscil·la entre 0,40 € el kWh si la instal·lació és de menys de 5kW pic a 0,21 € si supera aquesta potència. El preu de compra actual en un habitatge és de 0,09 € el kWh (0,125 € aproximadament, incloses taxes diverses).

Actualitzeu aquestes dades i:
—1. Calculeu la potència i la superfície de plaques (partint de les eficiències actuals) que caldria instal·lar per tal de:

  • Cobrir les necessitats de la vostra llar.
  • Cobrir les necessitats de l'institut.
  • Cobrir les necessitats del municipi del Vendrell.

—2. Calculeu el temps d'amortització de les instal·lacions que cobririen aquestes necessitats.

—3. El cost actual del kWh produït per instal·lacions fotovoltaiques és força major que el produït per fonts d'energia convencionals (tèrmica, nuclear). Però en la comptabilitat d'aquestes fonts no hi queda reflectit el cost ambiental. Argumenteu la possibilitat de substituir les fonts d'energia convencionals per l'energia d'origen solar (actualment l'energia produïda per fonts fotovoltaiques és quasi nul·la).

 
 
 

Atles solar de radiació de Catalunya. Valors en kWh/m2 dia.
Font: Institut Català d'Energia, 1996

 

Atles solar de radiació de Catalunya. Valors en MJ/m2 dia
Mitjana diària anual

1kWh=3,6 MJ

 
Font: Green Peace

 

 

Comparació de diferents instal·lacions fotovoltàiques de superfície i potència creixent. Font: Les energies renovables a Catalunya. Institut Català de l'Energia.1999.

 

 

Evolució del cost i rendiments de les cèl·lules fotovoltàiques:

Any Preu Wp instal·lat en euros Preu kwh produit
1978 21,2 3,9
1994 3,2 0,52
2005 previsió 0,95 0,18

Font: Les energies renovables a Catalunya. Institut Català de l'Energia.1999.

 

 

 

Comparativa del consum de diferents electrodomèstics segons la seva eficiència.Font: Les energies renovables a Catalunya. Institut Català de l'Energia.1999.

 

 

IES Celestí Bellera, Granollers
 

Segons dades de Green Peace, per cada 20 kWh produits a partir d'energia solar es redueixen 10 kg de CO2 l'any. (els càlculs s'han fet a partir d'una estimació d'un estalvi de 0,5 kg de CO2 per cada kwh de producció solar) Veure :Coste y beneficios instalaciones solares.

Segons el Real Decret 2818/1998 es pagarà 0,40 € per cada kWh produit en instal·lacions que no superin els 5kWp de potència.

Una instal·lació de 5kWp costa entre 30.000 i 36.000 € i produeix entre 5.000 i 7.500 kWh/any. L'evolució del cost tendeix a disminuir.

Un habitatge consumeix al voltant de 3000 kWh/any i els paga a 0,09 € el kWh

 
Pannells fotovoltàics:
Unesa electricidad
Xarxa d'escoles solars de Catalunya