Storing solar energy / Almacenar la energía solar

In most places on earth the energy flow from the direct sunlight corresponds to more than 1,000 watts per square meter. As the sun shines, the light heats air, water, earth or whatever material that comes underneath its generous rays.

When photovoltaic panels are exposed to sunlight the energy flow is transformed into electricity, but that electricity is then automatically lost if it is not consumed directly or put into storage. Therefore most solar systems use some kind of battery bank so that the consumption of the generated energy can be postponed to when it is needed better. Typically the electricity generated by day is mostly consumed during the night.

Most photovoltaic systems are over-dimensioned to some extent to allow for a continued use during periods with less productivity (like cloudy days). With more panels you get more production capacity, and with more batteries you can store more of that production.

When looking at many off-grid systems that added capacity from over-sizing means that the systems spend most of their time with fully loaded batteries. So when the batteries are full the system just has to discard the rest of energy production.

One simple way to augment the system’s capacity is to plan the use of electricity so that it coincides with the time of the day when most of the energy is produced (around midday or early afternoon), like for example to set the washing machine to run at those hours. In this way you get added capacity as you draw both from the batteries and what is produced at that very moment. And you don’t drain the batteries as easily as you have planned the main consumption when there otherwise would have been an over-production of energy.

If you also have the on-grid option of a connection to the general electrical network, you could sell to the grid when your batteries are full and buy back from them when you need to, and use the grid as a virtual storage for all the extra electricity that you can’t store yourself. It is a virtual storage, as the energy you have put to the grid will be consumed be someone else directly, and someone else will produce the electricity you buy back later. So really you are storing energy in the form of the money you get for selling electricity, which buys you capacity to withdraw energy from the grid later.

Other forms of energy storage are to produce hot (or cold) water with the surplus electricity and use that energy to heat (or cool) your building. Or some other liquid could be used for the storage (like oil), or the proper building could be looked upon as a form of storage, if it encloses heavy elements that can hold thermal energy. This could be conceived by an under-floor heating system that put energy into the floor slab. If it is water-based it could even be used for cooling down a building during hot summer days.

There are far more complex to store energy a for example using catalyzers to produce hydrogen gas from water, hydro potential storage (pump water to a higher point and let it fall through a generator) or the use of a heat exchanger to produce electricity. Most of them are just too expensive or too inefficient but of course still interesting for smaller scale experiments or for large-scale investments.


En la mayor parte de la Tierra, el flujo de energía de la luz solar directa corresponde a más de 1.000 vatios por metro cuadrado. A medida que el sol brilla, la luz calienta el aire, el agua, la tierra o cualquier material que venga por debajo de sus generosos rayos.

Cuando los paneles fotovoltaicos estén expuestos a la luz solar, el flujo de energía se transforma en electricidad, pero esa electricidad se pierde automáticamente si no se consume directamente o se almacena. Por lo tanto, la mayoría de los sistemas solares utilizan algún tipo de banco de baterías para que el consumo de la energía generada pueda posponerse cuando se necesite mejor. Normalmente, la electricidad generada por el día se consume principalmente durante la noche.

La mayoría de los sistemas fotovoltaicos están sobredimensionados en cierta medida para permitir un uso continuado durante los períodos con menos productividad (como los días nublados). Con más paneles hay más capacidad de producción y con más baterías se podrá almacenar más de esa producción.

Cuando se observan muchos sistemas fuera de la red, la capacidad agregada por estar sobredimensionados significa que los sistemas pasan la mayor parte de su tiempo con baterías completamente cargadas. Entonces, cuando las baterías están llenas, el sistema tiene que desechar el resto de la producción de energía.

Una forma sencilla de aumentar la capacidad del sistema es planear el uso de la electricidad de modo que coincida con la hora del día en que se produce la mayor parte de la energía (alrededor del mediodía o la tarde), como por ejemplo configurar la lavadora para que funcione a esas horas. De esta manera, se obtiene mayor capacidad a medida que extrae tanto de las baterías como de lo que se produce en ese momento. Y no agota las baterías tan fácilmente como ha planeado el consumo principal cuando de lo contrario habría habido una sobreproducción de energía.

Si también tiene la opción de una conexión a la red eléctrica general, podría vender la electricidad a la red cuando sus baterías estén llenas y comprarlas cuando sea necesario, y utilizar la red como un almacenamiento virtual para todos la electricidad adicional  que no puedes almacenar. Es un almacenamiento virtual, ya que la energía que ha puesto en la red se consumirá directamente por otra persona, y otra persona producirá la electricidad cuando vuelves a comprar. De modo que realmente está almacenando energía en la forma de dinero que obtiene por vender electricidad, lo que le da capacidad para retirar energía de la red más adelante.

Otras formas de almacenamiento de energía son producir agua caliente (o fría) con el excedente de electricidad y usar esa energía para calentar (o enfriar) su edificio. O se podría usar algún otro líquido para el almacenamiento (como el aceite), o se podría considerar el edificio mismo como una forma de almacenamiento, si encierra elementos pesados ​​en su interior que pueden contener energía térmica. Esto se puede conseguir por medio de un sistema de calefacción por suelo radiante que almacena energía en la losa del piso. Si el sistema radiante es a base de agua, incluso podría usarse para enfriar un edificio durante los calurosos días de verano.

Hay formas mucho más complejas para almacenar energía como, por ejemplo, utilizar catalizadores para producir gas hidrógeno a partir del agua, almacenamiento de potencial hidráulico (bombear agua a un punto más alto y dejarlo caer a través de un generador) o el uso de un intercambiador de calor para producir electricidad. La mayoría de ellos son demasiado caros o demasiado ineficientes, pero por supuesto siguen siendo interesantes para experimentos a pequeña escala o para inversiones a gran escala.

Water management in dry areas / Gestión del agua en zonas secas

Spider web acting as a dew trap
Spider web acting as a dew trap

Fresh water supply is becoming increasingly scarce as many areas are receiving less and less rain. This makes it necessary and urgent to apply different methods for an efficient water management of agricultural lands in rural areas where there is no other source of water than rainfall:

  • Retain and store the rainwater
  • Make the soil more absorbent
  • Keep the soil surface covered
  • Use better adapted plants that need less water
  • Produce your own water

Many rather dry areas get most of their yearly rainfall just on a limited number of occasions with very strong downfall that often just lasts for a short time. Commonly this water just pours across the lands at a high pace drawing fertile soil with it on its, sometimes rather violent, way downhill to end up just to quickly in rivers and seas. But the sooner and higher up that the rain gets retained, the more useful will the water be. By applying low-cost techniques to a create a series of small shallow dams and ditches the rain can be kept on site and perhaps afterward be pumped up to a more permanent storage using low flow solar driven pumps.

The practice of leaving lands as bare as possible and the use of heavy machinery packs the soil hard and limits its ability to admit and store humidity. In contrast, a soil that is full of microbial and vegetal life is like a sponge that will suck up water and keep it stored in the ground. The use of machinery should be limited to lighter vehicles that can be used to open up soil and make in more absorbent.

Many farmers see any presence of other plant species as an unwelcome competitor for water and nutrients. On the contrary, can a well-managed selection of other plants have a positive impact on water retention, transformation of minerals into nutrients and will also increase biodiversity

Keeping the soil covered as much of time as possible, by letting different plants grow all year round, or by the use cuts from pruning and other plant rests to keep the surface covered up, will decrease the loss of humidity in the ground and protect it from drying up under strong solar exposure.

The selection of cultivated species should be well adapted to the local conditions and well suited to grow in areas with less water. Different pruning techniques, that takes away older and bigger branches and leaves room for younger ones can make trees more productive with less water.

Even the driest dessert contains a certain amount of humidity in the air. Different cultures have used different passive techniques to “harvest” the dew from the air. Various types constructions have been applied to bring the temperature of the air humidity down below the dew point to make it condensate and turn into liquid that can be stored. Today there are many different active techniques under development that can use solar energy to produce a cool surface where air humidity can condensate. We will look into those further in a future post.

Telaraña actuando como un atrapador de rocío
Telaraña actuando como un atrapador de rocío

Las provisiones de agua dulce limpia son cada vez más escasas, ya que muchas áreas reciben cada vez menos lluvia. Esto hace necesario y urgente aplicar diferentes métodos para una gestión eficiente del agua en tierras agrícolas en áreas rurales donde no hay otra fuente de agua que la lluvia:

  • Conservar y almacenar el agua de lluvia
  • Hacer que el suelo sea más absorbente
  • Mantener la superficie del suelo cubierta
  • Usar plantas mejor adaptadas que necesitan menos agua
  • Producir su propia agua

Muchas áreas con periodos de sequia extendidos obtienen la mayoría de sus precipitaciones anuales solo en un número limitado de ocasiones con una caída muy fuerte que a menudo dura poco tiempo. Habitualmente, esta agua pasa por encima de las tierras a gran velocidad, arrastrando tierra fértil consigo, a veces de forma bastante violenta, cuesta abajo hasta terminar rápidamente en ríos y mares. Pero cuanto antes y más arriba se conserve la lluvia, más útil será el agua. Mediante la aplicación de técnicas de bajo coste para crear una serie de pequeñas presas y zanjas poco profundas, se puede preservar las aguas pluviales en el propio lugar y para quizás luego ser bombeadas a un almacenamiento más permanente utilizando bombas de bajo caudal impulsadas por energía solar.

La práctica de dejar las tierras lo más desnudas posible y el uso de maquinaria pesada compacta el suelo y limita su capacidad de admitir y almacenar la humedad. Por el contrario, un suelo que está lleno de vida microbiana y vegetal es como una esponja que succionará agua y la mantendrá almacenada en el suelo. El uso de maquinaria debe limitarse a vehículos más ligeros que puedan usarse para abrir el suelo y hacerlo más absorbente.

Muchos agricultores ven cualquier presencia de otras especies de plantas como un competidor no deseado para el agua y los nutrientes. Al contrario de esto, una selección bien gestionada de otras plantas puede tener un impacto positivo en la retención de agua, la transformación de minerales en nutrientes y también aumentará la biodiversidad.

Mantener el suelo cubierto la mayor cantidad de tiempo posible, dejando crecer diferentes plantas durante todo el año, o mediante cortes trituradas de poda y otros restos de plantas para mantener la superficie cubierta, reducirá la pérdida de humedad en el suelo y lo protegerá de secarse bajo una fuerte exposición solar.

La selección de especies cultivadas debe adaptarse bien a las condiciones locales y ser adecuada para crecer en áreas con menos agua. Diferentes técnicas de poda, que quitan las ramas más viejas y más grandes y dejan espacio para las más jóvenes, pueden hacer que los árboles sean más productivos con menos agua.

Incluso el desierto más seco contiene una cierta cantidad de humedad en el aire. Diferentes culturas han usado diferentes técnicas pasivas para “cosechar” el rocío del aire. Se han aplicado diversas construcciones de tipos para reducir la temperatura de la humedad del aire por debajo del punto de condensación y condensarla y convertirla en un líquido que pueda almacenarse. Hoy en día hay muchas técnicas activas diferentes en desarrollo que pueden usar energía solar para obtener una superficie refrigerada donde la humedad del aire puede condensarse. Investigaremos estas técnicas más en futuras publicaciones.

Water retainment systems / Sistemas de retención del agua

The flow of water atop and below the soil level is a natural part of the cycle of water. The capacity of the soil to absorb surface water decides how much of it will run off further downhill and how much will infiltrate and continue its course below the surface level. This capacity depends on the type of the soil, a coarser material will let the water through more easily and a finer material will have more capacity to retain the water. Plants and trees contribute to further retain and process the water. The topography will decide which course the water will take on its way downhill and if it will stop and accumulate on the way. This natural process can be adapted and used for many different reasons: for example as a way to retain rainwater, to control soil erosion, as a base for natural irrigation, to improve soil fertility or to treat residual waters.

The Keyline technique was development by the Australian farmer P.A. Yeomans and published in the 50’s as a system of landscape contour treatment, seeking to gain a maximum absorption of rainfall from improving the water retaining performance of ridges and valleys. In the system, a keypoint is defined as point where a flat area suddenly steepens and a keyline is defined as all points on the same continuous level. The soil along the keyline is then ploughed taking material from the uphill side and leaving it on the downhill side. Yeoman’s keyline principles have been used in many contexts, like in Permaculture and other holistic approaches to agriculture.

In Latin American developing countries shallow trenches are dug along the cultivated terraced edges or slopes, perpendicular to the water flow, and the soil from the trench is left on the downhill side, where plants are put to bind the soil and benefit from the added humidity and fertility. Sometimes the trench is filled with small stones or just left empty to accumulate fertile soil that the rains carry with them from further uphill. Later that soil is again put on the cultivated areas. Stone filled infiltration trenches are also used in many urban areas as retention basins for stormwater to slow down the impact from heavy rains on urban sewer systems.

When it comes to treatment of residual waters, there have been a developments of many different systems. Simpler systems that only handle grey waters (from showers and kitchen sinks) are most common for individual users but also systems that include black waters (toilet water) are being used with many examples of bigger public systems. In any case it is important to first separate and collect all the sludge and bigger particles. This is done by means of coarser filters and a sludge separating chamber before letting the water go further. Later the water can be led into a small pond where plants help to process the bacterial content and break organic material down in a aerobic process (with oxygen). Often the residual water is also led onto to a bed of gravel and coarser sand where it will slowly infiltrate and be purified in a more anaerobic process (without oxygen). The access to oxygen in the process is much more efficient in dealing with impurities but can’t always be achieved in smaller systems with a reduced amount of water processed.

It is important that these infiltration beds are not put close to natural water courses, fresh water sources or just above ground water level, as the untreated water needs a long time passing through different layers to be ready to mix with other water sources. At the bottom of the infiltration bed a collector tube can be placed to reuse the treated water for irrigation. The distances to keep from those sources depend on the type of the natural soil and the amount of gravel and sand used in the infiltration beds. To decide on this it is always wise to let a specialist analyse a soil sample.

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El flujo del agua por encima y por debajo del nivel del suelo es una parte natural del ciclo del agua. La capacidad del suelo para absorber las aguas superficiales determina cuanta cantidad seguirá más abajo y cuanta cantidad se infiltrará y continuará su curso por debajo del nivel superficial. Esta capacidad depende del tipo de suelo, un material más grueso permitirá que el agua pase más fácilmente y un material más fino tendrá más capacidad para retener el agua. Las plantas y los árboles contribuyen a retener y procesar el agua. La topografía decidirá qué rumbo tomará el agua en su camino cuesta abajo, si se detendrá y se acumulará en el camino. Este proceso natural puede ser adaptado y utilizado por muchas razones diferentes: por ejemplo, como forma de retener el agua de lluvia, para controlar la erosión del suelo, como base para el riego natural, para mejorar la fertilidad del suelo o para tratar las aguas residuales.

La técnica Keyline fue desarrollada por el agricultor australiano P.A. Yeomans y publicado en los años 50 como un sistema de tratamiento del contorno del paisaje, intentando ganar una absorción máxima de las precipitaciones para mejorar el funcionamiento de retención del agua en crestas y valles. En el sistema, un punto clave (keypoint) se define como punto en el que un área plana de repente se inclina y una línea clave (keyline) se define como todos los puntos en el mismo nivel continuo. El suelo a lo largo de la línea dominante es entonces arado tomando material desde el lado cuesta arriba y dejándolo en el lado de la cuesta abajo. Los principios de la línea clave de Yeoman se han utilizado en muchos contextos, como en Permacultura y otras prácticas más holísticos de la agricultura.

En los países en desarrollo de América Latina se cavan zanjas poco profundas a lo largo de los bordes o pendientes cultivados en terrazas, perpendiculares al flujo de agua, y el suelo de la zanja se deja en la ladera, donde se introducen plantas para fijar el suelo que se benefician de la humedad y la fertilidad añadida. A veces la trinchera se llena de pequeñas piedras o simplemente se dejan vacías para acumular suelo fértil que las lluvias llevan consigo desde cuesta arriba. Más tarde se vuelve a poner este suelo en las áreas cultivadas. Las trincheras de infiltración llenas de piedra también se usan en muchas áreas urbanas como cuencas de retención para que las aguas pluviales reduzcan el impacto de las fuertes lluvias en los sistemas de alcantarillado urbano.

Cuando se trata de tratamiento de aguas residuales, ha habido un desarrollo de muchos sistemas diferentes. Los sistemas más simples que sólo manejan aguas grises (de duchas y fregaderos de cocina) son más comunes para los usuarios individuales, pero también los sistemas que incluyen aguas negras (agua del inodoro) se utilizan con muchos ejemplos de sistemas públicos más grandes. En cualquier caso, es importante primero separar y recoger todos los lodos y partículas más grandes. Esto se hace mediante filtros más gruesos y una cámara de separación de lodos antes de dejar que el agua vaya más lejos. Posteriormente, el agua puede ser conducida a un pequeño estanque donde las plantas ayudan a procesar el contenido bacteriano y descomponen el material orgánico en un proceso aeróbico (con oxígeno). A menudo, el agua residual también se conduce a un lecho de grava y arena más gruesa donde se infiltrará lentamente y se purificará en un proceso más anaeróbico (sin oxígeno). El acceso al oxígeno en el proceso es mucho más eficaz en el tratamiento de impurezas, pero no siempre se puede lograr en sistemas más pequeños con una cantidad reducida de agua procesada.

Es importante que estos lechos de infiltración no se pongan cerca de cursos de agua naturales, fuentes de agua dulce o simplemente sobre el nivel freático del agua, ya que el agua no tratada necesita mucho tiempo pasando por diferentes capas para estar lista para mezclarse con otras fuentes de agua. En la parte inferior del lecho de infiltración se puede colocar un tubo colector para reutilizar el agua tratada para riego. Las distancias a conservar de estas fuentes dependen del tipo de suelo natural y de la cantidad de grava y arena utilizada en los lechos de infiltración. Para decidir sobre esto siempre es aconsejable dejar que un especialista analice una muestra de suelo.

Biodegradable detergents / Detergentes biodegradables

Whether you have your own private sewer installation or send the wastewater off to a centralized municipal sewer system, it’s a good idea to look closer at biodegradable detergents. Normal detergents are toxic to aquatic life and are difficult to eliminate from the waste water system. They are based on chemicals that are resistant to decomposition by any biological agents (like bacteria), which means that they will stay in their original chemical form for long time and are hard to break down and convert to more benign substances.

The conventional detergents sometimes contain ingredients like NPE (not allowed in the EU), phosphates, chlorine bleach and synthetic fragrances that are hazardous to your own health, so watch out and try to stay away from these. If your own, or are planning to install, an environmentally friendly waste water system, then all non-biodegradable products should be totally avoided, as they will ruin the natural decomposition process and render the normally very useful end-product toxic.

The biodegradable detergents do not contain any toxic or harmful substances so they are softer for hair, hands and skin and does not irritate your respiratory system. They are based on non-hazardous ingredients, are more concentrated and only use natural fragrances. Also you get a product that hasn’t been tested on animals and are safe to use on any surfaces.

To further avoid generating waste you should look for bulk products where you can bring along and refill your own containers or use returnable containers which are reused many times. Normally these products are also better priced.

If you feel motivated to investigate further about biodegradable detergents you can also venture into producing your own detergents, like for example your own soap. There are plenty of descriptions and recipes available on the Internet.

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Si tienes tu propia instalación de alcantarillado privado o mandas las aguas residuales a un sistema centralizado de alcantarillado municipal, es una buena idea mirar más de cerca los detergentes biodegradables. Los detergentes normales son tóxicos para la vida acuática y son difíciles de eliminar del sistema de aguas residuales. Se basan en productos químicos que son resistentes a la descomposición por cualquier agente biológico (como las bacterias), lo que significa que permanecerán en su forma química original durante mucho tiempo y son difíciles de descomponer y convertir a sustancias más benignas.

Los detergentes convencionales a veces contienen ingredientes como NPE (no permitido en la UE), fosfatos, blanqueadores de cloro y fragancias sintéticas que son peligrosas para la salud, así que ten cuidado y trata de mantenerte alejado de estas sustancias. Si tienes tu propio sistema o planea instalar un sistema de aguas residuales respetuoso con el medio ambiente, entonces todos los productos que no son biodegradables deben ser totalmente evitados, ya que arruinarán el proceso de descomposición natural y harán que el producto final, que normalmente es muy útil para el cultivo, sea tóxico.

Los detergentes biodegradables no contienen sustancias tóxicas o nocivas, por lo que son más suaves para el cabello, las manos y la piel y no irritan el sistema respiratorio. Se basan en ingredientes no peligrosos, son más concentrados y sólo utilizan fragancias naturales. También se obtiene un producto que no ha sido probado en animales y son seguros de usar en cualquier superficie.

Para evitar aún más la generación de residuos, debes buscar productos a granel donde puedes traer y rellenar tus propios contenedores o utilizar envases retornables que se reutilizan muchas veces. Normalmente estos productos también tienen un mejor precio.

Si tienes la motivación para investigar más acerca de los detergentes biodegradables también puede aventurarse en la producción de sus propios detergentes, como por ejemplo su propio jabón. Hay un montón de descripciones y recetas disponibles en Internet.