La energías renovables sin fuentes de energía que se reponen de forma natural. Los recursos renovables son prácticamente inagotables en duración, pero limitados en la cantidad de energía disponible por unidad de tiempo.
Los principales tipos de fuentes de energía renovables son:
- Biomasa
- Hidraúlica
- Geotérmica
- Eólica
- Energía solar térmica
- Energía solar fotovoltaica
La energía renovable se puede utilizar para la calefacción, refrigeración, agua caliente o producción de electricidad.
La electricidad representa alrededor del 50% de la energía utilizada en los hogares de cualquier país desarrollado, pero crea alrededor del 80% de las emisiones de gases de efecto invernadero
Así como hay muchas fuentes naturales de energía, hay muchas tecnologías de energía renovable. La energía solar es una de las más conocidas, la energía eólica es una de las más extendidas, y la energía hidroeléctrica es una de las más antiguas. Otras tecnologías renovables aprovechan la energía geotérmica, la bioenergía o la energía oceánica para producir calor o electricidad.
Igualmente interesantes son las tecnologías que permiten producir energía renovable día y noche, fortaleciendo así la red eléctrica. Esto incluye el almacenamiento en baterías, así como la tecnología que puede ayudar a predecir con precisión cuándo y dónde se requiere electricidad.
Recursos renovables
Módulos fotovoltaicos
Los módulos fotovoltaicos convierten la luz solar en electricidad.
Los módulos, también llamados paneles fotovoltaicos o paneles solares, se componen de un grupo conectado de células fotovoltaicas y una salida eléctrica.
No tienen piezas móviles y por lo tanto son confiables y requieren poco mantenimiento. Se puede esperar que los módulos fotovoltaicos duren 25 años o más y son adecuados para su uso en zonas urbanas, ya que ocupa poco espacio, no son pesados y no hacen ruido.
Los módulos fotovoltaicos no tienen piezas móviles y, por lo tanto, son fiables y requieren poco mantenimiento.
Las células solares suelen ser monocristalinas, policristalinas o de tipo de película delgada, dependiendo de la aplicación.
Los módulos solares vienen en diferentes tamaños que van desde 2 vatios pico (Wp) salida, hasta 350W de salida. Los módulos más comunes están en el rango de tamaño 160-240Wp.
Los módulos solares se pueden montar en un marco (ya sea de pie o en el techo) o incorporados en el tejido de construcción. Las instalaciones fotovoltaicas integradas se instalan generalmente para sistemas conectados a la red en lugar de sistemas independientes.
Generadores eólicos
Los generadores de viento o turbinas utilizan el viento para girar un rotor que impulsa un generador. Vienen en muchas formas y tamaños. La más común es la turbina de eje horizontal con palas como una hélice de avión y una cola o vexilos para dirigirla al viento. Los generadores eólicos medianos y grandes son más adecuados para áreas no urbanas, ya que la turbina necesita ser montada en una torre y emite algo de ruido en funcionamiento.
Se están desarrollando una serie de generadores eólicos de eje vertical y más aerodinámicos que prometen superar las turbulencias del viento y los problemas de ruido en el uso urbano. Estas máquinas no ofrecen el mismo potencial de producción de energía que los generadores de ejes horizontales.
Los generadores de viento domésticos se utilizan normalmente para sistemas de energía independientes para cargar baterías. En estas ubicaciones típicamente semi-rurales o remotas, los generadores eólicos se pueden instalar para optimizar el potencial de salida.
También los generadores eólicos son instalados y conectados a inversores para alimentar su potencia de salida en la red eléctrica.
Un aerogenerador produce una tensión y corriente alternas, que se rectifica para proporcionar corriente directa (DC) a la tensión correcta para cargar las baterías. Es similar al sistema de un vehículo de motor. Los generadores conectados a la red alimentan la alimentación de CC a través de un inversor que la convierte en corriente alterna (CA) compatible con la red.
Los generadores eólicos de tamaño doméstico oscilan entre 300W y 20kW. Antes de decidir qué tamaño y tipo de generador de viento instalar, se debe evaluar el potencial de la ubicación para determinar dónde y a qué altura se puede capturar mejor el recurso eólico disponible. No es prudente decidir sobre un generador de viento de cierto tamaño antes de tener algunos datos específicos del sitio para confirmar la salida esperada del generador durante un año típico.
Los generadores eólicos utilizados en combinación con un sistema solar fotovoltaico presentan una buena mezcla para la generación de energía durante todo el año: en verano, el recurso solar está en su mejor momento, y en invierno, el recurso eólico suele estar en su mejor momento
El generador de viento debe instalarse en la torre más alta posible que sea rentable para el sitio. Una torre típica utilizada en los sistemas de generadores de viento domésticos mide entre 15 y 20 metros; las torres más cortas comprometen la capacidad del generador eólico para convertir el recurso en salida eléctrica.
Generadores microhidroeléctricos
Los microgeneradores hidráulicos son la fuente de energía renovable residencial a pequeña escala menos común.
La unidad funciona convirtiendo la energía del agua que fluye a la energía eléctrica. Los sitios con una fuente suficiente de agua que fluye energéticamente son extremadamente raros.
Tipos de sistema
La mayoría de los sistemas renovables son incapaces de proporcionar energía en ciertos momentos debido a la falta de luz solar, viento o flujo de agua. Para llenar los huecos, la electricidad se puede suministrar desde baterías de almacenamiento y/o generadores en sistemas independientes o desde la red eléctrica en sistemas conectados a la red.
Sistemas conectados a la red
Los sistemas conectados a la red interactúan con la red de suministro de electricidad en las zonas urbanas y rurales, dondequiera que haya una red eléctrica fiable. Los principales componentes de los sistemas solares y eólicos son la fuente de energía renovable (es decir, solar y/o eólica) y un inversor interactivo de red.
El inversor convierte la tensión de CC generada por el sistema renovable en la fuente doméstica normal de 230V AC. También supervisa el funcionamiento del sistema para controlar la cantidad de electricidad que se extrae o se alimenta a la red.
Si el hogar utiliza más energía de la que las fuentes renovables pueden suministrar, el déficit es suministrado por la red, por lo que la energía siempre está disponible.
Si el sistema está suministrando más energía de la necesaria, el exceso de energía se alimenta de nuevo a la red.
En los últimos años, la mayoría de paises han introducido algún tipo de tarifa de alimentación que requiere la instalación de un nuevo medidor de electricidad más inteligente. Estos medidores permiten exportar directamente a la red (medición bruta) la cantidad total de electricidad generada por el sistema de energía renovable, o medir la cantidad de electricidad exportada a la red después del consumo de electrodomésticos (importación /exportación de medición).
Diferentes proveedores tienen diferentes tasas de recompra y arreglos de medición.
Un sistema conectado a la red alimenta el exceso de energía a la red.
Los sistemas estándar conectados a la red no requieren baterías de almacenamiento y, sin ellas, no pueden proporcionar una fuente de alimentación continua garantizada.
Si la red falla, el inversor conectado a la red se corta por seguridad (por lo que los trabajadores de la compañía de energía no corren el riesgo de ser electrocutados) y la instalación solar no proporciona ninguna energía a través del inversor.
Si la continuidad del suministro es fundamental para cualquier parte de la carga del hogar, se puede diseñar un sistema utilizando un tipo especial de inversor y baterías para una fuente de alimentación ininterrumpida. Esto se suma naturalmente al precio total del sistema.
Sistemas autónomos
Las fuentes de alimentación de área remota o los sistemas fuera de la red se utilizan en zonas semirurales o remotas donde el precio de la conexión a la red eléctrica es caro o no está disponible.
Algunas personas los instalan para ser independientes de la red eléctrica o para tener energía confiable en áreas donde los apagones son comunes o simplemente por cuestiones ideológicas. Estos sistemas son más complejos y caros que los sistemas conectados a la red porque necesitan ser capaces de satisfacer las necesidades energéticas totales del hogar.
Los componentes principales de un sistema independiente son:
- una fuente de energía renovable
- equipo de control para la carga de la batería
- un equipo de energía auxiliar (grupo electrógeno)
- baterías de almacenamiento
- un inversor.
Es posible que no se requiera un inversor si el hogar funciona con aparatos de 12V y 24V DC (como se utiliza en caravanas y barcos). Aunque los electrodomésticos de CC suelen ser más eficientes energéticamente que sus homólogos de CA, su rango es muy limitado y son más caros.
Los sistemas de CC también necesitan cableado para ser de una capacidad adecuada, que también es más caro que el cableado de CA estándar de 230V. Algunos sistemas de alimentación independientes pueden combinar el uso de aparatos de CA y CC.
Normalmente se requiere un grupo electrógeno para emergencias. Los generadores se instalan como parte de los sistemas fotovoltaicos y eólicos para complementar la naturaleza intermitente de las fuentes de energía renovables. Los sistemas de microhidroeléctricas generalmente no necesitan esta disposición de respaldo, ya que la fuente de alimentación, es decir, el agua, a menudo está disponible continuamente.
Los equipos auxiliares se utilizan para:
- cargar las baterías
- suministrar cargas de alta potencia específicas
- en caso de falta de suministro en períodos de clima desfavorable o cuando las cargas son mayores que el diseño original.
Un grupo electrógeno puede funcionar en paralelo con la potencia de 230 VCA proporcionada por la configuración del inversor/batería de un sistema de alimentación independiente.
El grupo electrógeno debe sincronizarse con el suministro de 230 VCA prevaleciente o no puede suministrar su potencia. Debe sincronizarse con la red de CA operativa a la que se conecta en las características de: voltaje de línea, frecuencia, secuencia de fase, ángulo de fase y forma de onda.
Por lo general, se recomienda que el sistema incluya un generador para la ecualización de la carga de la batería.
Hay que diseñar el sistema de energía independiente para satisfacer las necesidades de energía doméstica identificadas. El exceso de energía generada se almacena en las baterías para su uso cuando la fuente renovable no está disponible. La capacidad del banco de baterías será suficiente para proporcionar energía durante varios días.