1

P E R S P E C T I V AA M B I E N T A L

Setembre 1999

SUPLEMENT DE

1 6Energia fotovoltaica

2

Edició:Associació de Mestres Rosa SensatDrassanes , 3 • 08001 Barcelona• Tel: 93-481 7373 • Fax: 93-301 75 50Fundació TERRAAvinyó, 44 • 08002 Barcelona• Tel/Fax: 93-304 0220http://www.terra.es

Redacció:Jordi Miralles i Ralf Massanés

Il·lustracions interiors cedides perATERSA, BP Solar, ISOFOTON, SEBA, SIEMENSSOLAR, T-SOL/ACYCSA.

Imprès sense fotolits amb el sistema Computer toPrint. Autoedició feta en ordinadors alimentatsamb energia fotovoltaica. Maquetat amb AdobePage Maker 6.5 d'Adobe Systems.

Impressió:Imprès en paper ecològicRomanyà-VallsDipòsit Legal: B. 2090-1975

Energia fotovoltaicaEl Sol, el nostre estel particularEls ritmes del SolL'energia emesa pel SolEls moviments del SolL'energia calorífica del SolL'energia fotònicaL'efecte fotovoltaicEls semiconductorsLa cèl·lula fotovoltaicaEl fenomen fotovoltaic al llarg de l'anyRaons per escollir l'energia fotovoltaicaDisseny d'un sistema fotovoltaicConnexió fotovoltaica a la xarxa elèctricaElectrificació fotovoltaica ruralAltres aplicacions de l'energia fotovoltaicaEl cost de la tecnologia solarL'energia en el segle XXIEl canvi energètic a Europa

El poder del SolKits per a l'energia solarPoder solar per a les escolesPetits experiments amb cèl·lules fotovoltaiquesEscanyar el comptadorLa diarrea energètica de l'escolaLa dansa de les unitats d'energiaCàlcul d'una instal·lació fotovoltaicaIl·luminar la nit àrtica

Setembre 1999

P E R S P E C T I V AA M B I E N T A L 16

FE D'ERRADESEn el número 15 sobre l'agricultura, a lataula de la contraportada dedicada a lacompatibilitat dels conreus el símbol dela combinació favorable correspon a lacombinació desfavorable i viceversa.Al quadre sobre els plaguicides de la pà-gina 8 la qualificació amb les lletresA,B,C, ja no s'utilitza i a més la A era lade mínima toxicitat i la C la de màxima.

3

AM

BIEN

TAL

* La Fundació TERRA és una fundació privada que téper objectiu canalitzar i fomentar iniciatives queafavoreixin una responsabilitat més gran de la societaten els temes ambientals.

Fundació TERRA*

Energia fotovoltaica

El Sol dóna vida al planeta Terra. Laseva energia contínua permet ladinàmica atmosfèrica i la vida delséssers vius. Per a la humanitat, el Solha estat sempre un déu.El darrer segle del segon mil·lenni ensha obert les portes a convertir laradiació solar en una font d’energiarenovable i alternativa per continuarprogressant com a espècie de manerasostenible.

El Sol, el nostre estel particular

El Sol, l’astre que dóna vida a la Terra ique configura el sistema planetari en el qualens trobem, és una estrella formada per hi-drogen i heli. Es calcula que té una antigui-tat d’uns 4.500 milions d’anys i es pensa tam-bé que encara li queda energia per uns 5.000milions d’anys més abans no es converteixien un cos fred.

Avui per avui, es tracta d’un immens fornnuclear amb un diàmetre110 vegades el dela Terra. L’energia que ens arriba a nosaltresés ínfima (el nucli del Sol, un 40% de la sevamassa genera el 90% de l’energia) si tenimen compte que es tracta d’un reactor termo-nuclear de fusió que genera temperatures de60 milions de graus Kelvin. A la superfíciesolar la temperatura és només d’uns 6.000°K, però a la corona, la capa gasosa que en-volta l’estrella és d’uns 2 milions de graus.La corona solar recorda una faixa blanca enforma de ventall que s’estén cap a l’exterior

4

Vent solar

Protuberància solar

Nucli

Zona radioactiva

Zona de convecció

FotosferaCromosfera

Corona

Con vecció turbulenta

Taca solar

del cos solar i el millor moment per obser-var-la és durant un eclipsi total.

El Sol no és un cos sòlid sinó una enormebola de gas termonuclear concentrat perl’enorme força de gravetat que exerceix elnucli. Curiosament, la massa de vapor espèsde l’equador del Sol i dels pols gira a dife-rent velocitat. Aquest estat de la matèria delSol s’anomena plasma i els fluxos que es cre-en entre el nucli i la superfície generen unpotent camp magnètic.

Els ritmes del Sol

Des de la superfície es produeixentremendes explosions que eleven flamaradesa centenars de milers de quilòmetres (800.000km, la flamarada més gran registrada).Aquesta expulsió de massa solar cap a l’espaiés la responsable de l’anomenat vent solarformat per partícules carregades elèctri-cament que produeixen alteracions magnè-

tiques fins i tot a l’atmosfera terrestre. Lesenormes erupcions solars, equivalents al’explosió de 1000 bombes atòmiques, creen

uns túnels de vent solar que arriben fins alsconfins del nostre sistema planetari. Lainteracció del vent solar sobre la nostraatmosfera genera les aurores polars i lesinterferències amb les ones de radio. En elsperíodes de màxima activitat solar lestelecomunicacions es poden veure greumentafectades.

L’activitat del Sol varia al llarg del temps.El primer en adonar-se’n fou Galileu que afinals del 1610 va observar per primer coples taques del Sol. Aquestes taques fosquesque apareixen sobre la superfície solar sónzones més fredes, uns 2.000 graus menys quela resta de la superfície. Les observacions deGalileu foren confirmades pel científic ale-many Heinrich Samuel Schwabe el 1843.Després de divuit anys d’estudi va anunciarque les taques solars no apareixen per atzarsinó que segueixen un cicle. Durant unsquants anys seguits el nombre de taques aug-menta fins arribar a un màxim. Després de-creixen fins a un mínim i, en determinatsperíodes, arriben a desaparèixer totalmentdurant anys.

El cicle de les taques solars és d’uns 11anys, encara que hi pot haver-hi cicles mésllargs i altres de més curts. Això fou deter-minat per l’astrònom anglès Edward WalterMaunder el 1893, a partir de les dades regis-trades des de l’època de Galileu per diferentsastrònoms. Maunder va descobrir, per exem-ple, que entre el 1645 i el 1715 no es vanregistrar taques. Aquestes èpoques que po-den durar unes quantes dècades s’anomenenmínim de Maunder i fou descobert l’any1970. Gràcies a l’estudi del creixement delsanells dels arbres se sap que hi ha hagut di-versos cicles sense taques al Sol durant elsanys 700, 1500 i 1650 de la nostra era.

La desaparició de les taques del Sol indi-ca una disminució de l’activitat de l’astre reique provoca descensos de fins a dos graus imig de la mitjana de la temperatura terrestre.

El Sol no és un sòlid com els planetes, sinó unaenorme bola de gas que brilla per la seva

elevada temperatura.

5

Per exemple, ara sabem que a l’Estat espa-nyol, durant el segle XVII, hi va haver se-queres importants que van causar pèrdues ales collites i desastres naturals que van ferbaixar la població de vuit milions d’habitantsa set milions.

L’estiu del 1997 va iniciar-se un nou ciclede creixement de l’activitat solar que assoli-rà el seu màxim cap el 2002. L’estudi del Soles revela d’un gran interès per poder conèi-xer les possibles repercussions sobre el cli-ma, la capa d’ozó i les telecomunicacions.

Els eclipsis de sol

Els eclipsis o ocultació entre astres respecte al Sol és un dels fenòmens més expressius del movimentorbital sideral. L’ombra de l’eclipsi sobre el Sol o la Lluna pot ser total o parcial. De Sol o de Llunal’eclipsi requereix Lluna Nova i una determinada posició orbital. La combinatòria entre les diferentsposicions o cicles que admeten un eclipsi fa que sigui un fenomen fàcilment calculable.Els astrònoms babilonis ja van descobrir l’anomenat Saros o període de “repetició” de 18 anys,11dies i 8 hores. La repetició dels eclipsis segueix una pauta regular de temps. El monument megalíticanglès de Stonehenge té moltes probabilitats de ser un observatori per calcular eclipsis a partir d’unarepresentació del cicle lunar i dels nodes on s’intersequen les òrbites de la Terra i la Lluna. Lesmítiques serpents podrien ser els símbols de la invisible presència en l’espai i el temps dels eclipsis deSol i Lluna.La realitat és que per un determinat indret o puntgeogràfic concret un eclipsi no es repeteix mésque una vegada cada 360 anys aproximadament.Per això, l’eclipsi total de Sol de l’11 d’agostde 1999 sobre Europa Central és un esdeveni-ment per no perdre-se’l. A pocs quilòmetres deParís comença la faixa de foscor total.Segurament, els eclipsis no són més que unacuriositat natural en la qual el dia esdevé fosc ila nit pot perdre la Lluna, sempre per uns ins-tants, per un període efímer d’uns quants mi-nuts. Però, precisament, aquesta excepcionalitatprogramada els converteix en un atractiu queno podíem deixar d’esmentar parlant d’energiafotovoltaica. Al capdavall, els eclipsis solars sónocasions ideals per estudiar alguns paràmetresde l’energia solar. A més, és un fenomen ple de màgia que al llarg de la història ha deixat petjadesimportants. Recordem per exemple l’eclipsi solar del 28 de maig del 585 aC, que va ser definitiu peracabar la guerra dels Cinc anys entre lidians i medeus. També sembla que hi hagi una certa relacióentre els eclipsis i els terratrèmols, tot i que no pugui ser demostrada amb certesa. Tanmateix, elterrible terratrèmol del 16 de setembre de 1978 a l’Iran que va causar la mort de més de 25 milpersones i va sacsejar les entranyes del planeta ho va fer 3 hores i mitja abans d’un eclipsi total deLluna.Sigui com sigui, els eclipsis de Lluna o Sol que hi ha cada any, parcials o totals, ens ofereixen unaoportunitat per interessar-nos més per aquests dos astres que determinen el nostre estat vital i que enel cas del Sol alimenta energèticament el nostre planeta. Un astre, l’energia del qual pot ser essencialper al futur del desenvolupament de la humanitat. Per altra banda, la bellesa plàstica del joc de llumd’un eclipsi és una experiència vital única.

6

L’energia emesa pel Sol

A la Terra només rebem dues milionèsi-mes parts de l’energia que genera. Arran deterra l’energia varia segons l’indret geogrà-fic i de l’estació de l’any. L’avaluació de laradiació rebuda en un punt determinat és lasuma de la radiació directa i de l’energia di-fusa condicionada per la nuvolositat o altrescondicions atmosfèriques. Aquest paràmetre,l’anomenem insolació i es mesura entre al-tres amb kWh/m2. Lògicament, a la nostralatitud varia entre l’estiu i l’hivern. Curiosa-ment, els valors de màxima insolació no esprodueixen a l’equador sinó precisament ala latitud 40 °N, la nostra aproximadament.Això és pel fet que a l’estiu el Sol passa perla nostra vertical, el dia s’allarga i podem tenirfins a 13,5 hores de llum.

L’energia dels fotons de la llum del Solque podem aprofitar per convertir en electri-citat de mitjana és d’1 kW/m2. Tanmateix,l’energia que arriba a les capes exteriors del’atmosfera sense obstacles per atenuar-la ésde 1,35 kW/m2 i s’anomena constant solar.Aquesta varia al llarg del dia ja que a les pri-meres i darreres hores de sol, l’angle és tan

inclinat que l’energia incident és molt baixa.L’energia total incident en un dia complet pot su-perar els 8 kWh/m2 a la nostra latitud. La mitjanaanual que rebem per dia al nostre país és d’uns 4,5kWh/m2 sobre una superfície horitzontal.

La radiació solar pot ser emprada en laseva forma energètica directament o bé a tra-vés de l’escalfor que porta. En aquest darrercas, aquesta varia d’acord amb la natura del’element que rep la calor. Aquestes dues for-mes d’energia del sol, la dels seus fotons i lacalor, són les que distingim quan parlem demanera genèrica d’energia solar.

Els moviments del Sol

La rotació terrestre i l’òrbita al voltant delSol condicionen algunes de les característiquesde la radiació solar. Per poder avaluar l’ener-gia del Sol es tenen en compte alguns paràme-tres de geometria espacial. La longitud i la lati-tud que defineixen les coordenades d’un puntsobre la superfície terrestre també condicionenl’energia rebuda. Al llarg de l’any l’elipticitatde l’òrbita al voltant del Sol fa variar els parà-metres definits. Finalment, tot i que als efectespràctics resulta invariable, no podem oblidarque l’angle d’inclinació de l’esfera terrestre(l’anomenada declinació), avui, de 23° 27' va-ria en períodes de 40.000 i 100.000 anys entre22° i 24°. Aquestes diferents posicions són lesresponsables dels canvis climàtics que s’hansucceït en el transcurs de la història planetària.

En resum, la clau per conèixer el rendimentde l’energia solar és el nombre d’hores de llumrebudes i de les coordenades geogràfiques del’indret on ens trobem.

L’energia calorífica del sol

L’aprofitament de l’energia calorífica de-pèn del sistema captador, que ha de ser ambun element que tingui un màxim poder d’ab-sorció i unes pèrdues tèrmiques mínimes.

Posició relativa del Sol sobre l’horitzó durantles quatre estacions.

7

El déu Sol

No és estrany que els dos astres que marquen el ritme del dia i dels anys, el Sol i la Lluna, hagin estatconsiderats divinitats al llarg de la història de la humanitat. En totes les cultures antigues des delssumeris, els egipcis (Ra), els perses (Mitra), els asteques (Huitzilopochtli), els inques (Inti), els maies,els eslaus (Zenit), els gregs (Helios) o els japonesos (Amaterasu-no Mikono) el Sol fou una divinitatdel sistema religiós.En la majoria de les cultures el Sol és un déu masculí, però hi ha excepcions. Així a la mitologiajaponesa el Sol és una deessa, el mateix que a diversos pobles d’Oceania. Una altra curiositat és el fetque en la mitologia xinesa es parla que dins del Sol hi ha un corb, fet que podria explicar que ja havienobservat les taques solars.

Lògicament, el color negre és el de màximaabsorció, però també depèn del material. Perexemple, el ferro colat té una capacitat tèr-mica de 1,02 cal/cm3 i el coure de 0.8 cal/cm3; en canvi, la de la fusta és només de 0,17cal/cm3. Això vol dir que la fusta és un mate-rial vuit vegades més aïllant que no pas elcoure, per exemple. Tanmateix, els metallsquan s’oxiden disminueixen per 10 la sevaeficiència. Per això, actualment, per resistirl’envelliment es fan estructures amb ceràmi-ca o vidre que són pràcticament inalterablesenfront de la radiació ultraviolada i la humi-tat. Un altre aspecte clau per a una bona cap-tació del poder calorífic és també concentrar-lo o bé estimular l’efecte hivernacle o de cap-tació de la radiació reflectida.

Les aplicacions de l’energia fototèrmicasón nombroses. Les més conegudes són l’ai-gua calenta sanitària, la desalinització de l’ai-gua de mar per obtenir aigua potable, cen-trals electrosolars, l’arquitectura biocli-màtica i la cuina solar. En aquesta monogra-fia, tot i ser d’un gran interès, no les hemexaminat perquè mereixen un treball a ban-da.

L’energia fotònica

L’energia transportada per un fotó ésproporcional a la freqüència de la radiació,la qual s’estén entre els 300 nanòmetres i els

4 µm. Donat el valor de l’anomenada cons-tant solar abans esmentada de 1000 W/m2, lapossibilitat de conversió elèctrica depèn del’eficiència d’absorció dels materials empratsi de l’interval de freqüència en el qual esprodueix el salt d’electrons. Això fa que nosempre el millor material en unacaracterística la mantingui en el mateix rangde llum rebuda. En general, les cèl·lulesfotovoltaiques que es comercialitzen tenenun rendiment d’un 14 % sobre l’energia d’1kW/m2 i el valor del corrent generat és de 30mA/cm2 i la tensió màxima de 0,58 volts. Elque varia al llarg del dia és el corrent de lacèl·lula mentre la tensió es manté. Per això,per aprofitar aquesta escassa energia ens calconnectar en paral·lel un bon nombre decèl·lules.L’efecte fotovoltaic

El nom de fotovoltaic és un mot compostfet amb les arrels de phos (llum, en grec) i devolta –en honor d’Alexandre Volta (1745-1827), pioner de l’electricitat– per designarla generació d’electricitat amb l’energia ra-diant del sol.

L’efecte fotovoltaic fou descobert fa unsegle i mig (1839) pel físic francès EdmonBecquerel. En un dels múltiples experimentsque feia per estudiar l’electricitat va obser-var que dues planxes de metall submergidesen un líquid conductor i exposades a la llum

8

del sol generaven un petit voltatge. Gairebéquaranta anys més tard, un noble anglès,Willoughby Smith, va descobrir que el sele-ni era sensible a la llum. Estudis posteriorsamb aquest element van permetre a Adams iDaays comprovar que la llum excitava el se-leni i es generava electricitat. L’any 1886 unindustrial americà, Charles Firtts, va desen-volupar la primera cèl·lula de seleni, però laprimera cèl·lula fotovoltaica no es va fabri-car fins l’any 1954 en els laboratoris Bell.

A grans trets podem dir que l’efecte foto-voltaic que s’observa en alguns elementsquímics és la capacitat que tenen per absor-

bir fotons (nom que reben les partícules dela llum del sol) i tot seguit alliberar un cor-rent d’electrons, que si es captura pot ser usatcom a electricitat.

Els semiconductors

La clau en el desenvolupament de la con-versió fotovoltaica han estat els elements se-miconductors. El silici, el germani, l’arseniurde gal·li, el sulfur de cadmi i alguns altreselements tenen la característica de ser porta-dors de dos tipus de corrent elèctric: un ambelectrons lliures, capaços de viatjar pel vidre

capa tipus p unió p-n capa tipus n

càrregade l’espainegatiu càrrega de

l’espai positiu

camp elèctric

electronslliures

Donador fixat al dopantAcceptador fixat al dopant

forats lliures

Xarxa metàl·lica

unió p-ncamp elèctric

capa tipus n

capa tipus p

Una cèl·lula fotovoltaica consta d’una matriuque inclou un semiconductor de tipus n (ambun electró més) i un de tipus p (amb un electrómenys).Així, els electrons de la capa n on hi són en altaconcentració tendeixen a anar cap a la capa pque amb prou feines en té. Al revés passa ambels forats lliures majoritaris en la capa p. Elresultat és una neutralització a la zona d’unióp-n que alhora genera un camp elèctric pel fetque es troba entre dues zones amb càrregaoposada. El camp elèctric de la unió p-n va delcostat n al costat p que separa els parells electró-forat (els forats, les càrregues positives, les faviatjar cap el costat p fet que provoca l’extracciód’un electró gràcies a la xarxa de metall inclosaen la matriu semiconductora). Alhora elselectrons els porta cap el costatn i també els injecta al metall.Així es genera el correntelèctric, que en el cas del siliciprodueix una dife-rència depotencial de 0,5 V. Perquè elselectrons del semi-conductorpuguin ser expulsats a travésd’un circuit i produir, per tant,corrent elèctric cal que tinguinprou energia.Un material semiconductor tansols genera energia, però nol’emmagatzema.

Dins les entranyes dels semiconductors

Detall de l’interior de lescapes del semiconductord’una cèl·lula fotovoltaica imoviments de les càrregueselèctriques entre les capes.

9

i un altra anomenat buit, dotat de càrregapositiva. Així hi ha semiconductors en elsquals predomina la conducció per buits, ano-menats tipus p i en altres predomina la con-ducció d’electrons lliures que s’anomenentipus n. Però, la característica més importantdels semiconductors és que la resistivitatelèctrica es pot disminuir afegint-hi impure-ses. Aquestes impureses que afecten a les pro-pietats elèctriques del semiconductor s’ano-menen dopatge.

Els dopants són elements similars en es-tructura i valència química que s’inclouendins de la matriu per fer que hi hagi un elec-tró de més o de menys que en el semicon-ductor. Els dopants són els elements capaçosde poder captar, controlar i guiar aquest feixd’electrons en la matriu semiconductora.

El silici és el semiconductor més empraten la tecnologia fotovoltaica. Afegint-li im-pureses de fòsfor o arsènic el silici esdevé detipus n. Les impureses de bor o gal·li el fande tipus p. En altres paraules, primer cal ob-tenir el silici amb una gran puresa i desprésdopar-lo amb impureses en concentracions

infinitesimals (de 1016 a 1019 d’àtoms d’im-puresa per cm3). Aquesta és una de les raons quefa que les cèl·lules fotovoltaiques siguin cares irequereixin una tecnologia d’avantguarda.

El fet que explica el comportament delssemiconductors té a veure amb la distribu-ció dels àtoms en l’estructura cristal·lina. Re-cordem que un àtom de silici és com un te-tràedre. Així, quan s’introdueix un àtom dedopant de tipus p com el fòsfor el resultat ésun electró lliure que pot viatjar pel cristall desilici. En canvi, en els semiconductors de ti-pus n com el silici dopat amb bor comportauna càrrega de signe positiu. Quan un semi-conductor s’il·lumina es trenquen enllaçosquímics que provoquen una generació d’elec-tricitat, variable segons la temperatura am-bient, que reconduirà el moviment d’elec-trons en la direcció i sentit de l’anomenadaunió p-n. En altres paraules, els fotons de lallum produeixen una tensió elèctrica sem-blant a la que es produeix en els borns d’unapila seca. Mitjançant contactes metàl·lics encada una de les cares es pot capturar l’energiaelèctrica i emprar-la en diferents aplicacions.

TH

E IM

AG

E B

AN

K. D

. Sar

raut

e

Les cèl·lules fotovol-taiques es fabriquenamb silici pur quedesprés de fondres’estira per formar unbloc monocristal·lí.Aquest bloc se serraen làmines fines quees doparan, es me-tal·litzaran i es deixa-ran a punt per en-graellar i fabricar elspanells solars de 36cèl·lules.

10

La cèl·lula fotovoltaica

Una cèl·lula solar és una placa de semi-conductor d’uns 0,3 mm de gruix dopada ambimpureses de tipus p i alhora amb una de ti-pus n que sol ser més prima encara, d’uns0,5 µm. El pla de separació entre ambduesregions de conductivitat s’anomena unió p-ni és fonamental en el funcionament de lescèl·lules fotovoltaiques.

Les cèl·lules solars converteixen l’energialluminosa en elèctrica quan els fotons inci-deixen sobre el material semiconductor ambenergia suficient per trencar els enllaços dels

àtoms i generar una dinàmica de tipus elec-troquímic en el si del semiconductor. Perpoder extreure aquest corrent, com ja hemdit, es col·loquen contactes metàl·lics a cadauna de les cares. Per això, l’aspecte d’unacèl·lula solar recorda el d’una reixa sobre unamatriu cristal·lina variable segons el tipus dematerial semiconductor emprat, generalment,silici mono o policristal·lí.

Així, s’aconsegueix que una cèl·lula solard’uns 75 cm2 de silici monocristal·lí amb llumsuficient generi un corrent de 0,4 Volts i unapotència de 1 Watt. La potència d’un mòdules proporcional al nombre de cèl·lules con-

Fites històriques de la tecnologia fotovoltaica

• 1839. Edmon Becquerel observa l’efecte fotovoltaic.• 1886. Es construeix la primera cèl·lula fotovoltaica de seleni amb una eficiència de conversióelèctrica d’un 1 i 2%. Encara, avui, molts dels sensors de càmeres fotogràfiques són de seleni.• 1918. El científic polonès Czochralski desenvolupa un mètode per fer créixer cristalls de silici.• 1954. La Bell Telephone Laboratori produeix la primera cèl·lula fotovoltaica de silici amb unaeficiència del 4,5% que es va millorar fins al 6% uns mesos després.• 1958. El satèl·lit Vanguard incorpora un panell solar d’un watt per a la ràdio que operarà durant vuitanys.• 1963. Al Japó s’instal·len mòduls de fins a 242 W per il·luminar una casa amb una instal·laciófotovoltaica que és la més gran del moment.• 1973. Crisi del petroli. L’encariment sobtat dels hidrocarburs fòssils provoca una febre per trobarsistemes d’energia alternatius.• 1977. La producció de plaques fotovoltaiques assoleix la xifra dels 500 kW.• 1980. La companyia ARCO Solar (avui Siemens Solar) produeix més d’1 MW de mòduls fotovoltaicsen un any i British Petroleum (BP) s’introdueix en el mercat solar.• 1981. L’avió experimental Solar Challenger fa el seu primer vol.• 1983. Un cotxe mogut per energia solar aconsegueix recórrer 4000 km pel continent australià enmenys de 20 dies a un velocitat mitjana de 24 km/h i un màxim de 72 km/h.• 1986. ARCO Solar desenvolupa i comercialitza el primer mòdul de pel·lícula fotovoltaica.S’assoleix la xifra de 26 MW de producció fotovoltaica al món.• 1993. La Unesco promou la primera Conferència Mundial de l’Energia Solar. S’inaugura a Toledouna planta fotovoltaica d’1 MW.• 1995. S’inaugura la primera aplicació de teulada i façana solar fotovoltaica integrada a un edifici deCatalunya a la biblioteca de Mataró, impulsada per l’empresa TFM. El mercat mundial assoleix els80 MW en mòduls fotovoltaics.• 1997. El president americà Bill Clinton anuncia el programa de promoció de l’energia fotovoltaicai fototèrmica d’un milió de teulades instal·lades als EEUU per al 2010.• 1999. Es connecta a la xarxa elèctrica catalana la primera central d’energia fotovoltaica privadapropietat de la fundació Terra. S’assoleix una producció fotovoltaica de 150 MW al món.

11

nectades entre elles. Les cèl·luless’encapsulen entre vidre laminat i plàstic perpoder protegir les connexions elèctriques iresistir les inclemències del temps i donar alspanells fotovoltaics llarga vida (al voltantd’uns 30 anys com a mínim).

Un aspecte important a considerar és latemperatura de treball. Les cèl·lules fotovol-taiques s’escalfen amb la radiació solar. Peraixò els panells s’han de col·locar de maneraque quedin ben airejats i dissenyats per po-

der dissipar el calor. La tensió generada dis-minueix per sobre i per sota dels 25 °C, que ésl’òptim. La propietat de poder connectar i mo-dular les cèl·lules afavoreix el disseny d’unainstal·lació segons les seves necessitats.

El fenomen fotovoltaic al llarg de l’any

Sobre cada metre quadrat de terra planal’energia mitjana anual que cau al migdia ala nostra latitud és d’uns 5 kWh. La mitjana

Cèl·lules fotovoltaiques

Es tracta dels dispositius fotovoltaics de major aplicació per a la conversió elèctrica de la llum solar.

• Silici monocristal·líEls mòduls fets amb cèl·lules de silici monocristal·lí sobrepassen l’eficiència de conversió llum-electricitat en un 12-15%, i en materials de recerca s’ha assolit el 24%.• Silici policristal·líLes cèl·lules són més barates de fabricació. L’eficiència és al voltant d’un 14%. Amb aquesta formade silici el rendiment no supera el 18%.• Arseniur de gal·li (GaAs)Material semiconductor que permet assolir una eficiència entre el 25 i el 30%. Els principals avantatgesd’aquestes cèl·lules respecte a les de silici és que tenen un rendiment inicial més gran, una menordegradació després de ser irradiades i un millor coeficient de temperatura. En contra, pesen el dobleque les de silici. S’utilitzen en la tecnologia aeroespacial i requereixen sistemes de concentració de la llum.

Pel·lícules fotovoltaiques

Es configura com la tecnologia del futur pel seu cost més baix i perquè es poden incorporar enfaçanes i altres materials transparents.

• Silici amorfS’empren en mòduls semitransparents, en productes de consum com ara rellotges solars o calculadores.Tot i que són menys eficients (7-9%), han estat molt usades en aplicacions a l’espai per la sevalleugeresa. Tenen l’avantatge que tant el silici com l’hidrogen són materials abundants i la deposicióde materials amorfs es pot fer a baixa temperatura i incloure en un substrat de vidre. En contra, tenenl’inconvenient que es degrada el rendiment quan s’exposa directament a la radiació solar.• Tel·luri de cadmi (CdTe)És el material policristal·lí de fabricació més fàcil i té l’avantatge de ser molt favorable pel seu costreduït. Fa més de deu anys que es fabrica per a calculadores solars. Els mòduls comercials (7.200cm2) tenen una eficiència d’un 8,5% i en el laboratori s’ha assolit el 16%. Malauradament, tenenl’inconvenient de treballar amb el cadmi, un metall considerat com a molt tòxic.• Diseleni de coure i indi (CuInSe

2 o CIS)

Film policristal·lí amb el qual s’ha assolit un eficiència del 17,7% i en mòduls comercials el 10%.Sembla que són els que mantenen millor l’estabilitat d’eficiència de producció amb els anys.

12

Esquema bàsic d’un panell fotovoltaic per generarelectricitat i contribuir a reduir les emissions de

gasos hivernacle a l’atmosfera.

en 24 hores és d’uns 0,2 kWh/m2. El proble-ma és que el Sol recorre el firmament terra-qüi en una inclinació que varia al llarg deldia i de les estacions de l’any.

La trajectòria que segueix el Sol en unadeterminada latitud com és ara la nostra (42°N) varia entre els 0°i 20° sobre l’horitzó del’hivern i els 0° i 60° de l’estiu. Les cèl·lules

solars treballen amb el mà-xim potencial quan rebenels raigs solars perpendi-culars. Així, en una ins-tal·lació optimitzada l’an-gle dels panells solars hau-ria de poder adoptar una in-clinació variable d’uns 60°a l’hivern i d’uns 20° a l’es-tiu. Tanmateix, en les apli-cacions en les quals el con-sum d’energia és més omenys constant es pren unangle de referència d’uns38° i orientant els panellsal Sud. Hi ha taules que ensdonen l’angle ideal per acada estació de l’any. Ma-

lauradament, els mecanismes de seguimentestacional o fins i tot al llarg del dia delspanells solars poden encarir força una ins-tal·lació i per això habitualment s’adopta unainclinació mitjana fixa.

Raons per escollir l’energia fotovol-taica (FV)

• Simplicitat. Els sistemes FV generenelectricitat directament de la llum del Sol. Espoden adquirir com si fos un kit i no necessi-ten manteniment un cop instal·lats si és perconnexió a la xarxa. Si es tracta de sistemesautònoms equipats amb bateries, aquestes po-den tenir una llarga durada si de nou en nouse les equipa amb un equip desulfatador.

• Modularitat. Un sistema FV sempre espot ampliar amb nous elements mentre esconservin els paràmetres de la instal·lació.

• Durada. Els mòduls FV es fabriquen ambunes característiques per poder resistir totamena de fenòmens meteorològics adversos.Es garanteixen per períodes d’entre 20 i 40anys.

• No contaminant. Com altres sistemes

Vista de la CEFV de 2,2 kW de potència de la Fundació Terraconnectada a la xarxa elèctrica que estalvia 916,6 kg de CO

2 anuals.

13

d’energia renovables, la FV no genera gasostòxics ni produeix residus.

• Seguretat. Els sistemes FV no són infla-mables i no atrauen els llampecs. La tecno-logia dels inversors és amb xips, fet que elsconverteix en aparells molt segurs.

Disseny d’un sistema FV

El corrent elèctric generat per les plaquessolars és sempre continu a una tensió nomi-nal de 12 Volts. Cada panell té les seves prò-pies característiques. En general, es fabriquenper donar una potència màxima coneguda perWatt pic (Wp), que és la intensitat màximaamb la màxima radiació solar. En aquestsmoments es comercialitzen panells solarsd’ús domèstic de 40 Wp fins a 130 Wp.

Els panells es poden connectar en sèrieunint els pols de signe contrari o en paral·lelunint els pols d’un mateix signe. En un cas oaltre, la potència serà sempre la mateixa, peròla tensió variarà. En paral·lel es conserva latensió d’una placa i augmenta la intensitat,mentre que en sèrie es manté la intensitat delcorrent i la tensió és el producte del voltatged’un panell pel número que se’n connecten.

D’aquesta manera s’obté la tensió o intensi-tat més adequada per a cada aplicació.

Un dels aspectes clau per determinar lapotència d’una instal·lació fotovoltaica ésminimitzar al màxim la despesa energètica.En el cas que sigui una llar particular, caldràque valorem molt bé el nombre d’aparellselèctrics que usem, la potència de consum iel temps que els utilitzarem. No cal dir que,atès que es tracta d’una font d’energia poceficient, ens cal optimitzar al màxim l’estal-vi energètic. Per això, els materials construc-tius són importants a fi d’aconseguir un bonaïllament tèrmic i, alhora, la màxima reflec-tància per minimitzar la il·luminació artifi-cial.

Recordem que la capacitat elèctrica és de-terminada pels watts per hora que consumeixcada aparell (resultat de multiplicar el vol-tatge per la intensitat i el nombre d’hores).Per fer funcionar amb l’energia del Sol moltsdels aparells electrodomèstics s’ha de trans-formar en corrent alterna amb un aparell ano-menat ondulador o inversor, la potència delqual la determina la dimensió del camp foto-voltaic. Aquest transformador té la funció deconvertir l’energia elèctrica continua de 12,

Sistema de connectar els panells fotovoltaicsentre ells (paral·lel o sèrie).

Esquema d’interconnexió a la xarxaelèctrica. Amb aquest sistema espot restituir l’energia no renovableque consumim per energia lliure decontaminació i contribuir a l’estalvienergètic nacional.

14

24 o 48 volts en alterna de 220 volts i amb lamateixa freqüència que la de la xarxa a fid’adaptar-se a les fluctuacions del subminis-trament elèctric convencional. En aquest tre-ball de transformació l’inversor perd entreun 10 i un 20 % d’eficiència en forma decalor. Per a les instal·lacions de tipus auto-suficient equipades amb bateries de càrregai descàrrega cal disposar d’un aparell ano-menat regulador que controla que les bate-ries ni es quedin sense càrrega ni es sobre-carreguin.

Connexió fotovoltaica a la xarxa elèc-trica (Net metering)

La injecció d’energia fotovoltaica a la xar-xa elèctrica és una forma d’estalvi energètici alhora una opció personal o institucionalde contribuir a la reducció de les emissionsde carboni a l’atmosfera. La instal·laciód’una central d’energia fotovoltaica (CEFV)permet restituir el consum d’energia elèctri-ca provinent de combustibles fòssils o nu-

clears amb energia renovable lliure de con-taminació. L’interès socioecològic d’unaCEFV rau en el fet que genera l’energia du-rant les hores diürnes que és també quan esprodueix la màxima demanda energètica.

Per a les llars, comunitats de veïns o em-preses que instal·lin una CEFV connectada ala xarxa elèctrica representa un estalvi eco-nòmic en la facturació elèctrica. D’altra ban-da, des del desembre de 1998 i mercès alReial Decret 2818/1998 de 23 de desembrepublicat en el BOE del 30 de desembre, s’es-tableix un incentiu econòmic d’unes 66 ptes.pels kWh generats amb instal·lacions foto-voltaiques de menys de 5 kW de potència, ésa dir, de tipus domèstic (la potència mitjanainstal·lada en una llar convencional és d’uns4,4 kW). Aquest ajut econòmic, tot i multi-plicar per 4 el preu al qual comprem el kWh,no és econòmicament rendible com a nego-ci. Està pensat per facilitar l’amortització del’elevat cost d’una CEFV que en l’actualitatés aproximadament d’un milió de pessetesper kW instal·lat. Amb el número d’hores de

Passos a seguir per instal·lar-se una CEFV

1. Posar-se en contacte amb una empresa acreditada perquè elabori un projecte i un pressupostadaptat a les nostres necessitats.2. Obtenir la llicència municipal d’instal·lació menor. Alguns ajuntaments subvencionen aquestaquota que és del 0,275 % de la inversió. Si no és així, caldria sol·licitar l’exempció per contribuir auna millora col·lectiva.4. Sol·licitar una subvenció a l’Ajuntament si n’hi ha una línia prevista.3. Sol·licitar la inscripció al Règim Especial de Producció Elèctrica (REPE) al Departamentd’Indústria, Comerç i Turisme de la Generalitat de Catalunya.4. Una vegada autoritzada la instal·lació, la companyia elèctrica subministradora a la zona tél’obligació d’acceptar un contracte per injecció a la xarxa elèctrica en monofàsic (igual com hosubministra la companyia als clients domèstics) amb l’usuari, contracte el qual s’estableix el punt deconnexió i el règim de facturació. Per això, cal disposar d’un comptador estàndard per mesurarl’energia injectada. (El contracte per a una llar familiar obliga a emetre factures amb IVA i, per tant,estar donat d’alta a l’IAE; tot i que l’Ajuntament ho accepti l’usuari cometria una il·legalitat en feruna activitat industrial en un terreny residencial.) En definitiva, l’actual legislació és incoherent.5. Inspecció final del Departament d’Indústria i Energia de la Generalitat de Catalunya i posada enfuncionament. Inscripció definitiva al REPE

15

sol a la nostra latitud (unes 1.600 hores anu-als) aquest incentiu econòmic permet unaamortització teòrica d’una instal·lació de finsa 5 kW entre 10 i 15 anys depenent del con-sum elèctric convencional. Per això, la con-nexió a la xarxa elèctrica d’un CEFV reque-reix prendre prèviament tota mena de mesu-res d’estalvi energètic com és ara aïllaments,aparells de baix consum, etc.

Actualment, instal·lar-se una CEFV a lateulada de casa d’uns 2,5 kW no requereixmés de 18 m2 de superfície en panells solarsi pot permetre generar amb energia renova-ble uns 4.000 kWh anuals, és a dir, restituirel consum mitjà d’una família i per un costno superior al d’un cotxe familiar de gammamitjana. Per a una comunitat de veïns d’unbloc de pisos pot permetre aprofitar un espaicol·lectiu com és la teulada per reduir la fac-tura de l’electricitat de l’escala i l’ascensor(una de les principals despeses juntamentamb la neteja de tota comunitat).

Quan parlem de consciència ecològica, laconnexió fotovoltaica a la xarxa elèctrica ésla millor opció disponible per convertir-la enun gest real i efectiu a favor del medi ambi-ent. Si tothom aprofités la teulada pròpia ocomunitària per instal·lar una CEFV podrí-em reduir les emissions de carboni d’acord

amb el Protocol de Kyoto i fins i tot ens po-dríem plantejar tancar alguna central nucle-ar. Per això, quan l’ecologisme nacio-nalcatòlic (majoritari en aquest país) plante-ja campanyes contra les centrals nuclears ino aposta per la instal·lació massiva de CEFVdomèstiques, és pura apologia apòcrifa.

La fundació Terra ha instal·lat la primeraCEFV connectada a la xarxa acollint-se alRD 2818/1998 en el terrat de la seva seu. Estracta d’una central de 2,5 kW que permetl’estalvi de 916,6 kg de CO

2 anuals. Per le-

galitzar la instal·lació cal seguir una tramita-ció administrativa que detallem en el quadrede la pàgina 12. Com podreu observar un puntclau és el de reclamar que els ajuntaments iel propi govern autonòmic subvencioninaquestes instal·lacions. Actualment, com ésel cas de l’Ajuntament de Barcelona, subven-ciona el 25 % de la inversió. Tanmateix, elmés raonable seria la d’un incentiu monetariafegit per kWh generat. Aquest és el cas de laGeneralitat Valenciana que paga unes 500 ptes.per kWh generat amb energia fotovoltaica.

Electrificació fotovoltaica rural

L’energia fotovoltaica ha estat clau perequipar amb electricitat habitatges aïllats en

Com s’injecta l’electricitat a la xarxa?

L’inversor funciona de forma totalment automàtica. En fer-se de dia, l’inversor mesura la radiaciósolar i la potència disponible en el generador fotovoltaic. Així que arriba al nivell de mínimfuncionament l’inversor s’engega i comença a generar corrent. En qualsevol situació anormal, comara un tall de corrent a la xarxa, pujades i baixades de tensió fora del nivell admissible, l’inversors’atura i espera que es restableixi la normalitat per arrencar altra vegada. Quan es fa fosc i l’energiadel camp fotovoltaic és feble s’atura i desconnecta el transformador de sortida a fi de romandre en unnivell de consum pràcticament nul.El sincronisme amb l’ona de la xarxa el regula un sistema de modulació d’amplada de pulsacionscontrolat per un microprocessador que fa un seguiment constant dels paràmetres de la xarxa i en fa lescorreccions necessàries cada 10 milisegons. D’aquesta manera no genera una ona modulada, sinó ques’adapta a l’ona de la xarxa, fet que confereix una elevada seguretat per a la línia elèctrica general.

16

el medi rural allunyats de qualsevol xarxaelèctrica. En aquests casos l’energia fotovol-taica fins i tot pot ser econòmicament com-petitiva. A Catalunya, l’electrificació fotovol-taica rural ha estat promoguda sobretot perl’empresa pionera SEBA (Serveis EnergèticsBàsics Autònoms) que a més de fer la ins-tal·lació aprofitant els ajuts econòmics de pro-grames estatals i europeus en facilita el man-teniment amb una quota mensual de servei.La característica bàsica d’una instal·lació fo-tovoltaica rural és la del sistema d’emmagat-zematge de l’energia amb acumuladors esta-cionaris. Aquesta mena de bateries tenen laparticularitat d’emmagatzemar electricitat apartir d’una reacció electroquímica reversi-ble que permeti per una banda cedir l’ener-gia i, per l’altra, acumular-la. Les anomena-des bateries estacionàries tenen la particula-ritat d’estar dissenyades per cedir lentamentl’energia acumulada. L’estat de càrrega d’unabateria és proporcional a la densitat de l’elec-tròlit d’acord amb les característiques de fa-bricació. Sens dubte, els acumuladors són undels elements més cars de les instal·lacionsautosuficients i a més requereixen una grancura en el seu manteniment. En qualsevolinstal·lació d’aquesta mena és necessari elregulador, l’aparell que controla la càrrega i

descàrrega de les bateries receptores del’energia fotovoltaica i que la cedeixen alsdiferents aparells de la llar després de passarper l’inversor.

La clau per extreure tot el rendiment deles instal·lacions fotovoltaiques rurals rau enl’elecció d’aparells electrodomèstics de mà-xima eficiència. Una nevera d’eficiència alta(classe A), bombetes fluorescents compac-tes, rentadores bitèrmiques, etc. són bàsiquesperquè un sistema autosuficient fotovoltaicrendeixi al màxim.

Un detall tècnic bàsic, quan s’utilitzen leshabituals bateries de plom i àcid sulfúric, ésevitar l’anomenada sulfatació, és a dir, la de-posició de sulfat de plom damunt de l’electrò-lit ja que es pot curtcircuitar la bateria. Actual-ment, hi ha al mercat uns aparells que generenimpulsos electrònics que impedeixen la sulfa-tació i allarguen la vida de les bateries.

Altres aplicacions de l’energia foto-voltaica

Els sistemes d’energia fotovoltaica espoden considerar com una alternativarendible per a treballs energètics en el rangde potència entre 1 i 100 kW. A continuacióesmentem algunes de les aplicacions méshabituals.

El bombatge fotovoltaic d’aigua

Sens dubte, es tracta d’una de les millorsaplicacions de l’energia fotovoltaica, atès queel reg agrícola es fa necessari precisamentquan no plou ni està núvol. També pot sermolt útil per omplir basses d’abeurament peral bestiar o per mantenir la làmina d’aiguad’uns espai recreatiu o natural. Un bon exem-ple n’és el de l’aiguamoll de Molins de Reipromogut per la fundació Terra amb tecno-logia de T-SOL/ACYCSA que permet bom-bar uns 500.000 litres d’aigua al dia.

Central fotovoltaica d’1 MW de potència aToledo, feta per BP SOLAR España.

17

L’aiguamoll de Molins de Rei amb gairebé 8 kW fotovoltaics obté l’aigua per bombatge solar delriu. Un sofisticat sistema informàtic permet controlar remotament tot el seu funcionament.

informatius, sistemes d’alarma i emergència.Igualment, són una alternativa per alimentarrepetidors de telecomunicacions i telefoniamòbil.

Il·luminació pública

L’enllumenat nocturn de les ciutats cons-titueix una despesa econòmica molt impor-tant per als municipis. Els fanals fotovoltaicssón una alternativa viable per als carrers iplaces, àrees de servei d’autopistes i túnels.

Generació elèctrica

Generar electricitat amb la llum del Sol ésla millor opció tecnològica que tenim al’abast per estalviar energia i reduir el con-sum d’energia no renovable en un país asso-lellat com el nostre. Subministrar energiaelèctrica a la xarxa per evitar emissions tòxi-ques a l’atmosfera hauria de ser una obliga-ció moral per respecte a les futures generaci-ons. La integració de cèl·lules fotovoltaiquesen el disseny arquitectònic d’edificis permetconvertir en elements energèticament actius

Senyalitzacions i comunicacions

Els panells fotovoltaics permeten alimen-tar senyals lluminosos com ara boies mari-nes, fars costaners, advertències lluminosesen revolts perillosos de carreteres, panells

Fanal solar deT-SOL-ACYCSA

18

façanes i teulades. A Catalunya en tenim unexemple paradigmàtic en la biblioteca públi-ca de Mataró amb tecnologia de l’empresaTeulades i Façanes Multifuncionals (TFM)que permet generar uns 80 MWh l’any. Però,tampoc no podem oblidar que en pobles oàrees residencials amb una utilització tem-poral hauria de ser una forma d’abastamentobligada.

En el futur els cotxes hauran de sermajoritàriament bimodals o elèctrics. Unaalternativa per recarregar-ne les bateries se-ran les CEFV integrades en les teulades delsaparcaments públics. D’aquesta manera s’op-timitza l’espai urbà i una energia renovableper evitar la contaminació del tràfic.

L’Ajuntament de Sacramento (EEUU) haconvertit l’ombràcul de l’aparcament de l’ae-roport en una CEFV que genera 130 kWd’electricitat. Si a l’aeroport de Barcelona esconvertissin totes les teulades del seu apar-cament en una CEFV es podrien obtenir uns3.000 MWh l’any.

A la Puebla de Montalbán (Toledo) hi hauna CEFV d’1 MW de potència que comple-menta la generació elèctrica de l’embassa-ment de Castejón a l’estiu, precisament quanla producció hidroelèctrica està limitada pelpoc nivell d’aigua d’aquesta època de l’any.

L’energia en el segle XXI

La història de la humanitat està lligada al’ús i la lluita pel control de l’energia. L’ex-plotació de la fusta va convertir els boscosen un recurs estratègic fins al segle XVIIIquan es va generalitzar l’ús del carbó. L’any1921 als EEUU el petroli ja havia desplaçatel carbó i el 1930 el 80 % dels habitatges delpaís ja disposa d’electricitat.

El cost de la tecnologia solar

Actualment, el cost per kWh fotovoltaicse situa en unes 1000 ptes per kW de potèn-cia instal·lat. Tanmateix, si tenim en compteque una instal·lació fotovoltaica pot tenir unadurada mínima de 20 anys, en realitat, per auna instal·lació situada en la latitud de les1600 hores de llum solar anuals, el kWh se-ria de 31,25 ptes. En un futur proper, quan elcost per kWh fotovoltaic assoleixi les 500-600 ptes/kW, llavors serà totalment compe-titiva. La reducció dels preus d’aquesta tec-nologia ha estat molt espectacular en els dar-rers anys; el cost d’aquesta tecnologia s’haabaratit en un 97%. Si s’incrementa el seu úsencara seran més assequibles. En menysd’una dècada pot ser totalment competitiva.Tanmateix, ara per ara, tot i no ser rendible,el cost d’una CEFV és assumible per unafamilia de classe mitjana si tenim en compteque cada any es venen més de 250.000 cot-xes nous amb un valor mitjà de dos milionsde pessetes. Només cal que els conservadorsdirectius de la banca no siguin tan obtusos icomprenguin que oferir línies de crèdit do-mèstic per instal·lar-se a casa una CEFV ésmés segur que atorgar-los per adquirir un au-tomòbil. Una CEFV genera energia comer-cialitzable, mentre que un cotxe és un poude despeses sense fons. La indústria fotovol-taica és una de les més prometedores del fu-tur.

Senyal marina alimentada per energia solar.

19

Comprendre l’energia en la història delmón és esperar l’inesperat. La utilització del’energia solar emmagatzemada en els com-bustibles fòssils no té ni dos cents anys, però,actualment, representa el 75 % del consumde l’energia comercial. En aquest breu pe-

ríode de temps hem pogut constatar que elcarboni que lliberen aquests combustibles al-tera el balanç energètic de la biosfera i pro-voca l’escalfament global de l’atmosfera pla-netària. La crema de combustibles fòssils haprovocat un augment del 30 % en la concen-

Les cèl·lules d’hidrogen

L’hidrogen és un dels elements més simples de la natura. Un àtom d’hidrogen conté un protó i unelectró. Per altra banda, és el gas més abundant a l’univers. Al nostre planeta no es troba com a gas sinócombinat amb altres elements com ara l’aigua, el metà, els combustibles fòssils, etc.Tot i no existir com a gas, el podem crear separant-lo dels elements que contenen àtoms d’hidrogen.Tot i que cal energia per obtenir-lo, l’hidrogen té un alt poder tèrmic, la seva combustió no contaminai, alhora, es pot emmagatzemar en forma d’electricitat. Malauradament, tot i els avantatges la tecnologiade l’hidrogen és molt cara i es troba en una fase encara poc desenvolupada. Els sistemes bàsics d’obtenciód’hidrogen gas són, entre altres, per ebullició reformada del gas natural (CH

4), per electròlisi de l’aigua,

per fotoelectròlisi, per fotosíntesi microbiana i per gasificació de la matèria orgànica. Per emmagatzemar-lo podem fer-ho com a gas comprimit, hidrogen líquid o híbrids químics (essencialment, amb determinatsmetalls).L’hidrogen afegit als combustibles fòssils redueix la generació d’òxids de nitrogen. Un 5 % afegit a lagasolina permet disminuir en un 30 i 40 % la contaminació a l’atmosfera. Un vehicle que noméscremés hidrogen com a combustible l’únic residu que expulsaria seria pràcticament aigua.Tanmateix, una de les aplicacions més prometedores de l’hidrogen és en la forma de les cèl·lulescombustibles d’hidrogen o bateries d’hidrogen. En realitat, és un giny que converteix un combustiblecom ara l’hidrogen, el metà o altres en corrent elèctric continu mitjançant un procés electroquímic.Una cèl·lula combustible propicia una reacció entre l’hidrogen i l’oxigen amb presència d’un catalitzador.Un dels més reeixits és la membrana d’intercanvi de protons (PEM). Aquesta membrana deixa passarels protons d’hidrogen i expulsa les mol·lècules H

2. A l’altra banda de la membrana, l’oxigen es combina

amb les mol·lècules d’H2 i forma aigua i es recullen electrons que creen un potencial negatiu, en

definitiva, energia elèctrica.L’interès d’aquestes cèl·lules de combustible d’hidrogen és que mitjançant l’energia elèctrica produïdaper la llum del Sol es pot generar hidrogen gas per electròlisi de l’aigua. L’hidrogen gas pot ser empratper tornar a crear corrent elèctric a través d’una cèl·lula de combustible o bé ser cremat com qualsevolgas per cuinar, per a la calefacció, o per fer anar un motor. L’eficiència d’aquestes cèl·lules és actualmentd’un 70 % (molt superior a la dels motors de combustió interna que no supera el 30 %) i per això té unfutur molt important.Sens dubte, es tracta de la forma més segura d’emmagatzemar i emprar l’energia d’aquest gas. Encontra només hi ha el fet que de moment és una tecnologia encara massa cara.Les cèl·lules combustible d’hidrogen del tipus PEM han aconseguit introduir-se ja en el sector del’automoció. Un acurat disseny de la cèl·lula ha permès reduir de 21 a 6 kg el pes de cada cèl·lula per1 kW generat. En aquests moments hi ha motors de cotxes com el del model NECAR II de Daimler-Benz amb una potència de 50 kW que permet assolir una velocitat de 110 km/h i una autonomia de 250km amb els tancs de fibra de carboni d’hidrogen pressuritzats plens. Una de les innovacions tecnològiquesha estat la compressió de l’hidrogen obtingut de l’electròlisi i evitar que aquest quedi perfectamentemmagatzemat fora de la cèl·lula combustible.L’ús de l’hidrogen completa el cicle de l’energia en la mesura que la combinació de l’hidrogen il’oxigen genera aigua i alguns gasos nitrogenats en minses proporcions.

20

tració de diòxid de carboni que atrapa la ca-lor del Sol.

Certament, hi ha un punt de risc si conti-nuem cremant combustibles fòssils. Per es-tabilitzar les concentracions atmosfèriques deCO

2 a uns nivells no problemàtics caldrà

reduir entre un 60 i 80 % les emissions decarboni en relació amb els nivells actuals.Molt abans que hàgim exhaurit les reservesde combustibles fòssils, l’impacte ambientaldel seu ús en la natura i la salut de les perso-nes ens obligarà a optar per un sistema ener-gètic més net.

El ritme i la direcció d’una transició enl’àmbit energètic no depenen només dels des-envolupaments tecnològics, sinó també perla manera com hi responen les indústries, elsgoverns i les societats. A principis de segle,el fet que Churchill apostés per substituir elcarbó, combustible dels vaixells de guerra,per petroli, va estimular tot el sector. El ma-teix que ja ha passat amb la decisió del go-vern de l’estat de Califòrnia el 1992 d’exigirvehicles amb emissions igual a zero. Nomésuna mesura com aquesta permet, com vatici-na el president de l’empresa automobilísticaGeneral Motors, que cap fabricant de cotxespodrà prosperar en el segle XXI únicament

Sortida aire calent

Filtre de l’aire

Cambra ventilada

Persiana veneciana

Doble vidre aillant

vidre exteriorfotovoltaicsemitransparent

ventilacióforçada

vidre exteriorfotovoltaic opac

Filtre d’aire

Entrada d’aire

Rellotges solars, sense piles; disposen d’unpetit acumulador per funcionar durant tres

mesos sense rebre llum natural.

Solució de mur cortina ventilat fotovoltaicdesenvolupat per TFM S.A.

21

basant-se en els motors de combustió inter-na. El motor híbrid o elèctric i les cèl·lulesde combustible poden evolucionar molt rà-pidament i substituir el petroli en moltes apli-cacions. Per exemple, el fabricant japonèsToyota comercialitzarà a Europa a principisde l’any 2000 un cotxe bimodal. Altres fa-bricants es decanten per les cèl·lules d’hidro-gen. L’empresa alemana BMW les instal·laràde sèrie en una de les seves gammes abansde final d’any.

Avui, la cinquena part més rica de la hu-manitat consumeix el 58% de l’energia delmón, mentre que la cinquena part més pobrano arriba al 4%. Només els EEUU, amb un5% de la població mundial, consumeix el25% de l’energia subministrada al món.L’economia dels combustibles fòssils ha fo-mentat un ús abusiu dels béns naturals queés insostenible i inadmissible. Tot i que elfutur no és fàcil de predir, és evident que esfa necessària una futura economia energèti-ca més eficient, descentralitzada i basada enfonts que no siguin tòxiques per a l’entorn ila vida humana.

Els vells i coneguts elements, el Sol, elvent, el magma, l’hidrogen són els candidatsper poder fer l’anomenada revolu-ció de les energies renovables.L’electrònica i la informàtica per-meten controls que incrementenl’eficiència en el consum i rendi-bilitzen els sistemes basats en fontsrenovables. Actualment, les energi-es renovables proporcionen el 19 %del consum d’energia al món. En elfutur, les tecnologies capaces d’atu-rar el canvi climàtic seran decisi-ves. Per altra banda, la naturalesarelativament difosa de les fontsd’energia renovable pot contribuira disminuir la conflictivitat interna-cional i estimular la cooperació. La“descarbonització” del planeta pot

ser un actiu geopolític en el futur proper.Dins les possibilitats tecnològiques del

món de les renovables, l’energia solar foto-voltaica s’implantarà en l’àmbit domèstic il’eòlica ho farà com a complement de lesexplotacions agràries i financeres perquè téun rendiment més alt. El problema principalde les energies renovables és el seu caràcterintermitent; tanmateix, avui, aquest inconve-nient ja el resolen les cèl·lules de combusti-ble amb les quals es genera hidrogen ques’empra com a combustible quan no hi hallum solar o vent. Per altra banda, en menysde 20 anys els panells solars s’ha abaratit un80 % i avui es fabriquen cèl·lules fotovoltai-ques dins de teules, façanes de vidre, etc. Unaincentivació governamental podria propici-ar una reducció definitiva en els costos deles cèl·lules fotovoltaiques i convertir-les enplenament competitives.

La recerca en semiconductors està portantal desenvolupament de la cèl·lula“termofotovoltaica” capaç de produir elec-tricitat a partir del calor residual de les in-dústries. Amb aquest panorama tecnològicreal només caldria que l’anomenat “trenca-dor d’aigua” alimentat amb el Sol salti defi-

Equip de bateries estacionàries, inversor i regulador d’unainstal·lació fotovoltaica autònoma feta per SEBA.

22

El canvi energètic a Europa

Des de fa uns anys s’està discutint l’aban-donament paulatí de la producció energèticaa partir de combustibles fòssils i nuclears afavor de les energies renovables, és a dir, so-lar, eòlica i hidràulica, entre d’altres. L’argu-ment que justifica el canvi d’estratègia ésevident: la creixent degradació ambiental dela biosfera, en especial, l’amenaça cada ve-gada més palesa del canvi climàtic degut al’acumulació de gasos hivernacle a l’atmos-fera.

Les energies renovables continuen sentminoritàries, tant al nostre país com a la res-ta d’Europa, i continuaran en la mateixa si-tuació si no hi ha un canvi dràstic en el pen-sament dels polítics i els empresaris energè-tics. Si fem una petita retrospectiva històri-ca, el desenvolupament de les grans compa-nyies elèctriques arreu del món ha anat es-tretament lligat als governs estatals i a lessubvencions milionàries que han rebut al llargde dècades per poder desenvolupar les cen-trals productores i establir les xarxes de dis-tribució. Tot això només ha estat possiblegràcies al contribuent, que amb els seus im-postos ha creat una de les infraestructures méscomplexes i alhora necessàries en els nos-tres dies. Ara bé, una vegada amortitzada la

nitivament a la palestra domèstica i permetiuna alta eficiència en la conversió de l’ener-gia solar en hidrogen.

Actualment, l’energia solar fotovoltaica ésl’única que en l’àmbit domèstic ens permetrestituir el consum energètic no renovable perrenovable i fer possible un estalvi equivalenten emissions tòxiques a l’atmosfera. Per cadakWh fotovoltaic que produïm evitem llençaruns 235 g de CO

2 a l’atmosfera. Per altra

banda, l’energia solar fotovoltaica es produ-eix en les hores de més demanda energètica.Per aquesta raó podria ser la millor font perdonar cobertura de les puntes de demandaenergètica que es produeixen en aquesteshores. Per altra banda, l’energia fotovoltaicaens ensinistra en l’hàbit de perseguir el mí-nim consum i valorar l’eficiència de l’utillat-ge domèstic, encara que sigui una mica méscar, com a una inversió de futur.

Els panells solars visualitzen la idea quel’energia és un recurs que s’ha de valorar,estalviar i usar per satisfer les nostres neces-sitats de manera que respectem les realitatsdel món natural i així evitem el tipus de ca-tàstrofes ecològiques que han viscut la ma-

jor part de les civilitzacions quan han abusatdels seus llegats ambientals. Una políticaenergètica sensata per al segle XXI s’ha debasar en el fet de substituir el malversamentper l’eficiència i l’estalvi com a ètica del prò-xim paradigma socioecològic. Com més aviatposem punt i final a la voraç era dels hidro-carburs per passar a una civilització basadaen el consum eficient d’energia renovablescomplementades per l’hidrogen, més aviatplegarem d’esgotar el patrimoni natural deles generacions futures i començarem a in-vertir en un planeta habitable.

La tecnologia aeroespacial ha estat clau en eldesenvolupament de l’energia fotovoltaica.

23

inversió feta per tots nosaltres, s’ha procedita la privatització de les companyies elèctri-ques, convertint-les així en empreses presta-dores d’un servei pel qual hem de desem-borsar una quantitat determinada i del qualells n’obtenen un benefici determinat al llargde l’any.

I és a partir d’aquí que comença a perfi-lar-se la problemàtica de les energies reno-vables o alternatives. A causa de la intransi-gència i dels interessos creats que mouen tantels governs com les grans empreses (en elnostre cas, les companyies elèctriques), avuidia s’estan fent tots els esforços possibles perno donar peu a un desenvolupament just isocial d’una forma d’energia que és part dela solució ambiental terrestre. Tot i haver-hiun 80 % de la població europea favorable afomentar les iniciatives d’expansió de lesenergies renovables, repartint les despesesaddicionals entre tots els usuaris, les compa-nyies elèctriques s’hi oposen enèrgicament(el cost addicional que representaria per acada domicili connectat a la xarxa seria mí-nim; i en el cas que els consumidors ho com-binessin amb una estratègia global d’estalvid’energia elèctrica, no hi hauria sobrecost).

A Europa s’ha iniciat la liberalització delsmercats energètics, la qual cosa significa queun habitant de Catalunya, en teoria, podriaconsumir electricitat produïda a Escan-dinàvia. Perquè això sigui possible, l’empresaproductora d’electricitat a Escandinàvia hau-ria de conduir el corrent des de la zona d’ori-gen fins a Catalunya, pagant els correspo-nents drets d’utilització de les xarxes elèc-triques de potser 15 o 20 altres competidors.L’exemple potser resulti una mica absurd,però si el posem en relació amb els produc-tors d’energies renovables, veurem que noho és en absolut.

La discussió sobre la lliure competènciaen temes d’electricitat pot afectar en granmesura els productors privats d’energies re-

novables. Si, a més de tenir un cost superior,han de pagar drets d’utilització de les xarxesprivades, aquesta forma d’energia no arriba-rà a sortir mai del seu estat de capoll mentreles energies fòssils i nuclear no s’exhaurexini continuïn sense interioritzar les despesesexternes d’aquesta forma de producció. Enun estudi realitzat el 1992 per l’InstitutFrauenhofer ISI i PROGNOS per encàrrecdel Ministeri d’Economia d’Alemanya, lesdespeses externes a interioritzar per als com-bustibles fòssils són de 59,5 ptes., i en el casde l’energia atòmica arriben fins a les 306ptes. Només en el moment que aquestes for-mes obsoletes de producció energèticainterioritzin les seves despeses externes, po-drem reclamar que hi hagi una lliure compe-tència en el mercat energètic. La qual cosademostra que les energies renovables no no-més són competitives, sinó que s’haurien deformentar notablement com a alternativa via-ble per al futur energètic d’Europa i del món.

Una de les estratègies a adoptar és la re-muneració de l’electricitat procedent de cen-trals energètiques fotovoltaiques (CEFV)amb cobertura total de les despeses de l’ex-plotador. La idea fou introduïda el 1990 a lallei d’alimentació a la xarxa elèctrica d’elec-tricitat procedent de centrals energètiquesrenovables de la República Federal Alema-nya, però que no és vinculant, sinó voluntà-ria per a les companyies elèctriques. Per lleinomés han de retribuir un 90 % del preu demercat del kWh (13,6 ptes.) als explotadorsde CEFV o també central energètiques

Cotxe solar a la cursa World Solar Challenger.

24

Per a més informació

• Associació de Professionals de les EnergiesRenovables de Catalunya (APERCA). Av.Diagonal, 453 bis. 08036 Barcelona. Tel: 93-439 28 00.• Associació de Serveis Energètics BàsicsAutònoms (SEBA). Mallorca, 210 1r 1a.08008 Barcelona. Tel: 93-450 40 91• BARNAGEL, grup d’energia local. Entitatdel Medi Ambient. Carrer 62, n. 16-18. ZonaFranca. 08040 Barcelona. Tel: 93-223 51 51• Elektron (material divers sobre energiesrenovables). Mora d’Ebre, 50 local 2. 08023Barcelona. Tel: 93-210 83 09.• Institut Català d’Energia (ICAEN). Av.Diagonal, 453 bis. 08036 Barcelona. Tel: 93-439 28 00.• Intiam Ruai Sccl. Major de Sant Pere, 64.08222 Terrassa. Tel: 93-784 04 77.• Oficina de recursos per a fer la ciutat méssostenible (ORCS). Nil Fabra, 20. 08012Barcelona. Tel: 93-402 72 26.• Teulades i Façanes Multifuncionals(tecnologia solar). Gaià, 5 (Pol. Industrial Plad’en Coll. Montcada i Reixac. Tel: 93575 3666.• T-SOL/ACYCSA (tecnologia solar) Av.Icària, 139 1r. 08005 Barcelona. Tel: 93-22100 71.• JHRoerden y Cia S.A. (distribuidord’aparells fotovoltaics) Av. Alberto Alcocer,38 7è. 28016 Madrid. Tel: 91 458 6046

eòliques, però voluntàriament poden decidirsi cobreixen totes les despeses dels ”pioners”de l’energia neta. Avui dia hi ha 20 explota-dors de xarxa que cobreixen les despesesd’explotadors privats amb les condicions se-güents: 20 anys de contracte d’alimentaciótotal a xarxa amb una remuneració de 170ptes./kWh per CEFV connectades abans del31.12.1996. Per aquelles que es van connec-tar més tard, encara continuen sent 160 ptes./kWh. Aquestes quantitats es paguen per aCEFV amb una producció de fins a 10kilovats. La qüestió que es fa palesa és: quipaga el sobrecost d’aquesta electricitat d’ori-gen renovable? Com també va passar ambles centrals tèrmiques de tot Europa amb lanova legislació ambiental, els costos de lesinstal·lacions per a la neteja dels gasos d’es-capament reverteixen en el consumidor, jaque s’internalitzen a la factura final de cadames. El mateix passa amb totes les milloresper a la seguretat en les centrals nuclears. Totsels punts anteriors deixen entreveure que lesdespeses addicionals recauen en el consumi-dor, encara que amb les energies renovableshi ha una diferència substancial: en aquest casestem parlant d’un tipus de generació energè-tica sense greuges ambientals, o sigui, que re-verteixen en favor de la societat i l’entorn.

En aquest cas, l’Estat espanyol ha estatmés progressista, aprovant el Reial Decret2818/1998 de 23 de desembre, on s’estableixun incentiu econòmic de 66 ptes./kWh gene-rats amb instal·lacions fotovoltaiques demenys de 5 kWp de potència. Aquest és unpas endavant en el foment de les energiesrenovables que, a més, no es basa en el fet dedonar subvencions a fons perdut, sense sa-ber si després hi haurà un manteniment acu-rat de les CEFV, sinó que a causa de la ne-cessitat de produir energia, també s’assegu-rarà una cura de les instal·lacions exemplar.

En definitiva es pot afirmar que el canvienergètic a Europa acaba de començar tími-

dament amb una estratègia nova –la mobilit-zació de capital de risc privat en la construc-ció de centrals energètiques fotovoltaiques.Alhora, però, s’està creant un incentiu permillorar i fer més econòmiques les CEFV.La cobertura total de les despeses de l’ex-plotador de CEFV es converteix així en unprograma de foment de la inversió molt efec-tiu, ja que crea nous llocs de treball en elcamp de la instal·lació, distribució i produc-ció dels components necessaris per a la cons-trucció de CEFV.

Ens trobem en el bon camí, però encara hiha molta distància a recórrer.

25

AM

BIEN

TAL

El poder del Sol

L’energia fotovoltaica és un temaapassionant d’aplicació de conceptesd’astronomia, física i química.Tanmateix, qualsevol sistema degeneració energètica està relacionadaamb el consum.

Perquè algun dia les futuresgeneracions s’apuntin a les energiesrenovables l’escola hauria de predicaramb l’exemple.

Kits per a l’energia solar

L’efecte fotovoltaic i la mateixa energiatèrmica del Sol són prou sorprenents com percreure en les seves possibilitats i experimen-tem amb ella a petita escala. Aquesta és laprimera proposta que us volem fer. I per això,tot i que hi ha altres alternatives, us volemanimar a adquirir el kit educatiu Excitingexperiments in Solar Power elaborat perl’equip de Tree of knowledge que detalla 153experiments sobre l’energia solar tant tèrmi-ca com fotovoltaica (distribuït per Elektrona Catalunya). El kit inclou un reflector para-bòlic, un galvanòmetre, una cèl·lula fotovol-taica i un motor elèctric. La capsa d’experi-ments conté una guia detallada en castellàde totes les activitats que proposa. Sens dub-te, es tracta d’un material pedagògic moltrendible pel seu ventall d’aplicacions en di-ferents àrees del coneixement. Electricitat,

26

astronomia, geografia, física, cuina, etc. sónalgunes de les possibilitats d’aquesta interes-sant proposta pedagògica.

Si voleu aprofundir l’estudi de les cèl·lulesfotovoltaiques en podeu adquirir de demos-tració d’1 Volt amb 300 o 500 mA amb unmotoret elèctric a banda. Amb aquests dosmaterials ens podem preparar les nostres prò-pies aplicacions casolanes.

Per a una activitat de manualitats existeixun kit per muntar mòbils que funcionaranamb cèl·lules fotovoltaiques. El movimentque ens pot oferir la llum del sol pot ser unelement artístic a considerar.

Amb materials d’aquesta mena ens podemformular un bon nombre de preguntes sobrela naturalesa de la llum, l’energia o l’impac-te de l’activitat humana en el planeta. Aquestsmaterials els podeu adquirir també a travésd’internet a http://www. elektron.org.

Ben segur que concloureu que si funcionacom a experiment potser cal adoptar una de-cisió més valenta per aplicar-la a la nostravida quotidiana.

Poder solar per a les escoles

L’escola, com a espai de formació de lesgeneracions futures, pot fer aquesta tasca dedemostració. Malauradament, pel tipus degestiò de les escoles a ningú li importa gaire

el consum energètic. Alguna vegada se us haacudit fer un seguiment del comptador elèc-tric i relacionar-ho amb el malversamentenergètic al llarg de l’any?

Creiem que la millor manera de fixar-seen el consum d’energia és produint energiaper guanyar diners (encara que siguin sim-bòlics). Per això, a continuació us oferim al-gunes dades per animar a instal·lar a l’escolauna petita CEFV d’un kW i escaig de potèn-cia que ens permeti educar sobre dos aspec-tes clau per al futur comportament dels es-colars.

Primer, els permet tenir contacte amb unatecnologia que serà clau en la seva vidad’adults. Però, sobretot, disposar d’un comp-tador d’electricitat injectada és l’eina mésvisual i activa per comprendre que cal estal-viar energia. Aquest pot ser el primer pas perfer a continuació més eficient la il·luminaciódel centre i instal·lar balasts electrònics alsfluorescents, sistemes de regulació d’acordamb la llum natural, etc.

Atès que l’escola no és dels alumnes i qual-sevol intervenció requereix una autoritzaciódel Departament d’Ensenyament o dels pro-pietaris, això pot no ser senzill. Tanmateix,es pot plantejar com una concessió o explo-tació energètica de l’associació de pares ges-tionada pels docents i l’alumnat.

Una vegada feta la inversió, els diners

Un pressupost aproximat pot ser elsegüent:

• 9 panells de 110 Wp per 120.000 ptes/unitat.• 1 inversor de 1.250 W per 350.000.-ptes.• 1 comptador, panell de control,cablejat i instal·lació per 350.000.-ptes.• 1 estructura de sis montants per150.000.-ptes.

Calcular l’eficiència d’una cèl·lulafotovoltaica

• Poseu una cèl·lula fotovoltaica en un cir-cuit per mesurar els watts que genera.• Mesureu la superfície de la cèl·lula en m2.• Calculeu la potència/m2 (PS).• Calculeu l’eficiència amb la fórmula:

P1 = 1000 en un dia clar d’estiu 900 en un dia clar de tardor 700 en un dia clar d’hivern

PS x 100P1

% Eficiència =(L’eficiència de lescèl·lules comercialsoscil·la entre un 5 iun 20%).

27

Petits experiments amb cèl·lules fotovoltaiques (contraportada del kit educatiu)

Per comprendre millor com afecta la llum a una cèl·lula fotovoltaica us proposem adquirir algun kitcom aquest en el qual es detallen un bon nombre d’activitats demostratives. Per altra banda podemestudiar el comportament de les cèl·lules segons el color de la llum (verd, vermell, groc, blau i negre)i observar quins efectes té sobre la generació d’energia. Quins colors influeixen més o menys? Per què?.

28

obtinguts de la producció fotovoltaica es po-den reinvertir en noves actuacions per ferl’escola més eficient o per a altres activitatspromogudes per l’APA. Per altra banda, enla mateixa instal·lació tot i que l’hagi de feruna empresa especialitzada, hi podrien par-ticipar els alumnes dels cursos superiors.

Una iniciativa d’aquesta mena podria ani-mar a fer una xarxa d’escoles solars i omplirel missatge encara massa buit de la sos-tenibilitat urbana i les Agenda 21 locals.

Tot plegat pot ser molt senzill si n’hi haganes. Es pot començar per una instal·laciód’1 kW. Amb 9 panells de 110 Wp i un in-versor de 1.250 W n’hi ha prou. No es ne-cessiten més de 9 m2 de superfície i una es-tructura molt simple.

En una escola de 500 alumnes, per 3.000ptes./alumne es podria dur a terme. En fi, permenys del que val un llibre de text i que liserà útil mentre romangui a l’escola (potserdeu anys?). Una altra possibilitat és prepararuna campanya amb diverses festes i actes peraconseguir els fons. Des de la festa del car-nestoltes a una setmana per l’ecologia, fins ala celebració de final de curs. També es potfer una rifa el premi de la qual sigui cobrarl’electricitat de la CEFV durant el primer any.El benefici anual pot ser d’unes 105.000 ptes.

Potser també hauríem de pensar que es

tracta d’una obligació del govern, de la ma-teixa manera que instal·la ordinadors connec-tats a internet. L’avantatge d’una CEFV ésque estalvia energia durant un mínim de vintanys, mentre que els ordinadors es tornenobsolets al cap de 3 o 4 anys.

Greenpeace ofereix assessorament sobrel’energia fotovoltaica i promou una Xarxad’Escolars Solars en la qual a Catalunya hiha 17 instituts apuntats.

Segurament, els docents podeu imaginaraltres possibilitats i recursos perapuntar l’escola al poder solar. Sifer un hort escolar permet apren-dre sobre la salut pròpia, unaCEFV demostrativa ens preparaper a una habilitat clau del segleXXI: l’estalvi i l’eficiència ener-gètica.

Escanyar el comptador

Amagat darrera una porta odins un queixal fosc a l’entradade casa, el comptador elèctric és

un vampir que ens sodomitza amb la bellesade cada aparell elèctric que ens fiquem a lanostra vida. Un simple botó és la carícia que

Eina amb bateria per carregar ambenergia solar.

29

espera el comptador per afegir més voltes.Cal prendre consciència de la sagnia elèctri-ca, no tant perquè sigui més o menys cara obarata, sinó perquè electricitat (i també el gasnatural, encara que menys) i efecte hiverna-cle van de bracet.

L’objectiu d’aquesta senzilla activitat ésque cerquem sistemes per reduir el consumelèctric dels alumnes. Una vegada coneguemel punt de partida podrem discutir sobre lesopcions que tenim per estalviar electricitat.Una opció interessant i complementària ésaprofitar l’avinentesa i sol·licitar el servei delremolc sobre energies renovables propietatde la Diputació de Barcelona i gestionat perl’empresa TRAMA. Es poden fer reserves altelèfon 93-402 24 42.

Una bona introducció per emprendreaquesta activitat és encoratjar els alumnes ademanar als seus pares i persones grans queels facin una llista d’aparells elèctrics que te-nien a la llar quan eren joves. A continuació,compareu-ho amb els que tenim a casa o po-dem comprar en una tenda d’electrodomès-tics. Si tenim possibilitat de tenir el remolc

d’energies renovables podrem veure els con-sums d’aparells energèticament eficients icomparar-ho amb els propis. Per altra ban-da, ens permetrà conèixer de prop la tecno-logia dels panells fotovoltaics i els petits ae-rogeneradors

L’activitat s’inicia fent omplir els buitsd’aquesta llista. Demaneu-los, també, queportin les dades dels consums anuals factu-rats i, a partir d’aquí, es poden fer estima-cions per comprovar com hem fet els nostrescomptes (si voleu fer càlculs de la despesaen pessetes podeu comptar que el preu delkWh impostos inclosos –lleugerament vari-able segons la potència contractada– sigui de20 ptes). Aquest exercici ens pot ser molt útilper quan vulguem calcular el cost d’unainstal·lació fotovoltaica d’una llar.

La diarrea energètica de l’escola

No seriem coherents si fem analitzar la si-tuació personal dels alumnes i després pas-sem de l’escola. En aquesta activitat us pro-posem identificar el consum energètic elèc-

L’energia a Barcelona*

Si la ciutat de Barcelona volgués generar tota l’electricitat que consumeix amb energia fotovoltaicacaldria ocupar una superfície de 36,5 km2 dels 57 km2 de teulades disponibles. Però, el més interessantés saber que el terme municipal rep una quantitat d’energia solar de 10 vegades la que consumeixBarcelona en un any. La superfície edificada de la ciutat (sense incloure-hi la superfície viària) és degairebé sis vegades el consum anual (la quantitat de radiació solar és de 1.470 kWh/m2).Les emissions de gasos d’efecte hivernacle el 1997 varen ser d’unes 4,911.212 tones de CO

2 equivalent,

quantitat que correspon a 3,24 tn/càpita. Una ciutat sostenible i responsable intentaria equilibrar el seubalanç energètic per reduir les emissions. Si volguéssim acomplir el Protocol de Kyoto, ratificat perl’Estat espanyol, entre el 2008 i el 2012 hauríem de reduir un 15 % les emissions personals per sercoherents. En altres paraules, tots plegats hauríem d’instal·lar-nos sistemes fotovoltaics que enspermetessin estalviar el consum d’energia no renovable. Absorbir totes aquestes despeses requeririauna superfície de bosc equivalent a 7.441 km2, és a dir l’equivalent a 75 vegades la superfície delmunicipi. L’Anella verda, l’àrea boscosa més important situada al voltant de l’àrea metropolitana deBarcelona i que promou la Diputació de Barcelona, equival a 1.500 km2. És fonamental que les persones,la ciutadania, aposti per invertir una part dels seus guanys en energia fotovoltaica a la pròpia llar.

* Informació aportada pel Dr. Josep Puig, essent regidor de Ciutat Sostenible de l’Ajuntament de Barcelona.

30

tric (no comptarem la calefacció, ni la des-pesa de l’aigua calenta sanitària de les dut-xes i lavabos que és immoral que no sigui deprocedència solar en una escola!) i els ca-mins per on l’escola llença l’energia elèctri-ca. A continuació, debatrem com podem mi-llorar l’eficiència energètica, primer de l’au-la i a continuació de l’edifici escolar.

(Si potser teniu la sort de treballar en unaescola nova construïda amb criteris d’efi-ciència energètica, en aquest cas plantegeul’activitat des del punt de vista positiu i feuentendre perquè no és ineficient.)

Per a cada aula feu un recompte del nom-bre de punts de llum i de quina potència són.Si són fluorescents esbrineu quina mena dereactàncies o balasts porten i de quina po-tència. Aneu també a les instal·lacions espor-tives, menjadors, auditoris, etc.

L’objectiu d’aquesta activitat és compta-bilitzar si hi ha fuites d’energia elèctrica enforma d’il·luminació ineficient i si canvianthoraris, etc. es pot millorar l’eficiència. Po-deu contrastar les solucions que trobeu ambl’alumnat amb l’opinió d’algun expert del’Institut Català de l’Energia de la Generali-tat de Catalunya.

La dansa de les unitats d’energia

Segons el diccionari, energia és la capaci-tat d’obrar, de produir un efecte, la capacitatd’un sistema físic per produir un treball. Però,què és realment, l’energia? Per poder com-parar la quantitat d’energia d’una font geo-tèrmica amb l’energia química d’un bacterihem inventat mesures que ens serveixin percomparar.

La caloria equival a la quantitat de calornecessària per elevar 1 °C la temperatura de1 gram d’aigua (en certes condicions). El jou-le es defineix per la quantitat d’energia quecal per aixecar una massa de 100 grams auna alçada d’un metre. Un kilowatt hora equi-

val a 3,6 milions de joules i teòricament per-met aixecar fins a 10 m 750 sacs de sorra de50 kg cada un. És clar que també pot serl’energia per mantenir encesa una bombetade 11 Watts durant 90 hores.

• 1kcal = 0,0012 kWh• 1kWh = 860 kcal• 1 caloria = 4,184 joules• 1 Btu (Unitats tèrmiques britàniques) = 252calories• 1 barril de petroli (158,98 l) = 1.640,8 kWh =1.410.579 kcal• 1 Tep (Tona equivalent de petroli) = 1,5 Tec(Tona equivalent de carbó)• 1 Tep = 4.500 kWh = 4,3 x 1010 joules• 1 CV = 746 Watts

Comprendre les equivalències de totes lesunitats d’energia ens pot ajudar a interpretarmillor les possibilitats d’un procés energèticja sigui en forma de treball o de calor.

La major part de l’energia que consumimprové de la combustió d’un carburant. A con-tinuació us oferim algunes equivalències deles kcal/kg d’alguns elements habituals.

• Petroli = 10.400• Gas natural = 11.800• Carbó = 6.700• Hidrogen (gas) = 28.100• Residus urbans = 1.700

Aquestes dades ens podrien fer pensar queen una societat que fes un ús eficient del’energia utilitzaria l’hidrogen com a com-bustible al qual caldria dedicar més esforçosper aprofitar-lo. Investigueu les possibilitats

óisrevnoCstatinu lacK JK hWk peT

lacK 1

JK 1

hWk 1

peT 1

31

Càlcul d’una instal·lació fotovoltaica

El primer que cal fer per calcular les ca-racterístiques d’una CEFV és saber el con-sum màxim que fem en una casa. Així que laprimera tasca que us proposem és fer una llis-ta dels electrodomèstics i aparells elèctricsendollats a la llar. A tall d’exemple us propo-sem el quadre adjunt que podeu modi-ficar segons les necessitats de les llarsde l’alumnat.

Un aspecte que cal tenir en compteés l’anomenat consum en buit d’algunsaparells, és a dir, el consum elèctricestant endollat, però apagats. Usfacilitem dades d’alguns aparells enaquest sentit. Recordeu que si disposeud’un comptador com ara l’EKM 265(Vegeu Perspectiva Ambiental, 13)també ho podeu esbrinar. Adoneu-vosque al cap de l’any són una bona pilade kWh/any malversats per lacomoditat d’estar endollat.

Respecte a la potència en Watts picdels panells al mercat n’hi ha des de 40W fins a 120 W.

Les dades de radiació varien segonsel mes de l’any; així mentre a l’hiverna la nostra latitud pot ser de 2,5 kWh/m2 a l’estiu assoleix 4,7 kWh/m2. Elnombre d’hores de Sol es pot estimaren unes 1.600 l’any. Per calcular unainstal·lació que fos autònoma hauríemde tenir en compte la potència màxi-ma durant el mes més desfavorable enradiació (generalment el gener). Tan-mateix, el càlcul que us proposem ésde caràcter anual amb l’objectiu quela CEFV fos per restituir l’energia norenovable amb energia fotovoltaica.

citsèmodortcelEneaicnètoP

WseroH

aid/súseiD

anamtes/súanajtiMaid/hW

areveN x x =7+

arodatneR x x =7+

arodacessA x x =7+

axnalP x x =7+

sanoorciM x x =7+

aniuC/nroF x x =7+

sellexiavatneR x x =7+

rodajnemsmulL x x =7+

ratse'dalassmulL x x =7+

snoicatibahsmulL x x =7+

sossidassapsmulL x x =7+

rosiveleT x x =7+

oidàr/acisúmpiuqE x x =7+

arodaripsA x x =7+

rodanidrO x x =7+

oedíV x x =7+

sllerapastiteP,arodarrot(scirtcèle

-oidàr,rodatsetnoc).cte,rodatrepsed

x x =7+

SLATOT =

Multiplicant la mitjana Wh/dia per 365 ob-tindrem la potència en kWh/any.

Si dividim la potència en kWh/any pelnombre d’hores de sol anual sabrem la po-tència fotovoltaica necessària que ens caldriainstal·lar.

Finalment, dividint la potènciafotovoltaica necessària pels Wp del tipus depanell escollit sabreu quants panells s’han deconnectar en paral·lel. Amb aquesta dadapodeu sol·licitar el pressupost per a la vostraCEFV particular.

llerapAneaicnètoP

sttaWtiubseroHtaruta

latoT)aid/hW(

rosiveleT 02 02 004

oedíV 81 02 063

acisúmedpiuqE 02 22 044

egtolleroidàR 3 42 27

rodatsetnoCnofèlet

5 42 021

SLATOT 2931

Consum en buit d’alguns aparells casolans

de la descomposició o hidròlisi de l’aigua perobtenir hidrogen gas o de les anomenadescèl·lules d’hidrogen.

32

Instal·laciófotovoltaicacentralitzada deSEBA per alnucli rurald’Escuaín(Osca).

Alguns exemples d’aplicacions de l’energia solar fotovoltaica

Central elèctrica fotovoltaica de Carrisa Plains (California) de 6 MW construida entre els anys1983-85 per Arco Solar, avui Siemens Solar, una de les més grans de l’època.

TH

E IM

AG

E B

AN

K. R

onal

d Jo

hnso

n

33

Antena de telefonia mòbil i fanal fotovoltaic de l’empresa de tecnologia solar ATERSA

ISOFOTON, va fabricar l’any 1998 uns 90.000panells fotovoltaics que exportà en un 73%.

Central fotovoltaica de concentració del sistema“Euclides” de BP Solar a Tenerife de 500 kWp.

34

Bibliografia:

•Aplicació ALTENER. CD rom sobre energiesrenovables. APERCA. Barcelona, 1999.• CENSOLAR. La energía solar. Aplicacionesprácticas. Progensa. Sevilla, 1996.• Colmenar, A. & Castro, M. BibliotecaMultimedia de las Energías Renovables (CDrom). IDAE-Progensa. Sevilla, 1998.• Doria Rico, J. i altres. Energía solar. EudemaUniversidad. Madrid, 1988.• Era Solar. Avances en Energía Solar. SAPTPublicaciones Técnicas. Madrid, 1999.• IDAE. Energía solar fotovoltaica. Manualesde Energías Renovables, 6. Madrid, 1996.• Jiménez, J.M. Ingenios Solares. Pamiela.Pamplona, 1997.• SEBA. Manual del usuario de instalacionesfotovoltaicas. Progensa. Sevilla, 1998.

Centres de demostració d’energiesrenovables i altres recursos

Equipaments interessants per visitar dedicats ales energies renovables.• Centro de energías alternativas de Tenerife.• The Centre for Alternative TechnologyMachynlleth (Gal·les). Llwyngwern Quarry.Powys SY20 9AZ. Regne Unit. http://www.cat.org.uk• Centre d’Educació per a un futur sostenible(Skibsted-Fjord, Dinamarca) Green Village.Folkcenter for Renewable Energy.Kammersgaardsvej, 16 Sdr Ydby. 7760 HurupThy. Dinamarca. http://www.folkcenter.dk• La ruta de l’energia. És una proposta de visitade diverses masies equipades amb energia solarpromoguda per l’ICAEN. Tel: 93 439 2800.• Fitxes de sostenibilitat. Editades per laRegidoria de Ciutat Sostenible de l’Ajuntamentde Barcelona. Ofereixen informació sobreinstal·lacions solars tèrmiques i fotovoltaiquesde Barcelona. Tel: 93-402 72 26.• Era Solar. Revista de les energies renovables.Costa Rica, 13. 28016 Madrid. Tel: 91 350 5885.• CENSOLAR. Centre d’Estudis de l’EnergiaSolar. Av. República Argentina, 1. 41011Sevilla. Tel: 95-427 81 58.

Infografia del projecte Znamya.

Il·luminar la nit àrtica

Rússia ha assajat durant la primavera de1999 amb un gegant mirall espacial peril·luminar les seves regions àrtiques a l’hi-vern. Es tracta d’un mirall de 25 m dediàmetre situat a 360 km d’alçada. Tot i queen aquests moments és un simple experimentper il·luminar durant uns minuts, la idead’aquest projecte anomenat Znamya (senyeraen rus) tindria per objectiu en el futur ubicaruna bateria de miralls de 200 m de diàmetrea una alçada de 1.500 a 4.500 km i així poderaugmentar les hores de sol, un bé escàs al’hivern a les regions properes al cercle polaràrtic, a fi d’il·luminar ciutats senceres imillorar el benestar de la població. Lesexplotacions extractives que es troben enaquesta regió del planeta se’n beneficiariena l’hivern ja que amb prou feines tenen unespoques hores de tènue llum.

Sens dubte, es tracta d’un projecte faraò-nic que potser mai no es realitzarà més enllàd’aquest experiment singular actual. Pensemquines repercurssions ecològiques i astronò-miques podria tenir que es dugués endavant.Un bon exemple per debatre fins a on hemd’explotar el poder de la llum del Sol.