ENERGÍA ENERGÍA EÓLICAEÓLICA

EL RECURSO EOLICOEL RECURSO EOLICOEl viento es aire en movimiento y es una forma indirecta de la energía solar. Este movimiento de las masas de aire se origina por diferencias de temperatura causada por la radiación solar sobre la superficie terrestre, que junto a la rotación de la tierra, crean entonces los, llamados, patrones globales de circulación.El flujo de energía solar total absorbido por la tierra es del orden de 1017 vatios, lo cual es aproximadamente 10,000 veces la tasa total mundial del consumo energético. Una pequeña porción del flujo total solar (aproximadamente 1% o 1015 vatios) se convierte en movimiento atmosférico o viento.

En una escala global las regiones alrededor del Ecuador reciben una ganancia neta de energía mientras que en las regiones polares hay una perdida neta de energía por radiación.Esto implica un mecanismo por el cual la energía recibida en las regiones ecuatoriales sea transportada a los polos.

ESCALAS DE VIENTOS: VARIACION ESCALAS DE VIENTOS: VARIACION HORIZONTALHORIZONTAL

Vientos de Escala Macro (100 - 10,000 Km.)La escala horizontal de movimiento de estos vientos va desde algunos cientos a miles de kilómetros. El viento de escala macro (no perturbado por características de la superficie terrestre excepto por cadenas de montañas) se encuentra en altitudes superiores a los 1,000 metros.Vientos de Escala Media (5 a 200 Km.)Las variaciones de la superficie terrestre con escala horizontal de 10 a 100 Kms tienen una influencia en el flujo de viento entre los 100 y 1,000 metros de altura sobre el terreno.Obviamente, la topografía es importante y los vientos tienden a fluir por encima y alrededor de montañas y colinas. Cualquier otro obstáculo (ó rugosidad) sobre la superficie terrestre de gran tamaño desacelera el flujo de aire. A manera de ejemplo se ilustran dos tipos de vientos de escala media o de naturaleza local como son la brisa marina y los vientos de montaña.

a) Día (Verano)

b) Noche (Invierno)Figura 2.2 Brisa marina

Durante el día la tierra se calienta más que el agua (mar o lago), el aire sobre la tierra asciende y la brisa marina se desarrolla.Durante la noche, la tierra se enfría a temperaturas menores que la del agua, causando una brisa terrestre. Esta es usualmente más débil que la brisa marina. Otro ejemplo involucra los vientos de valle-montaña. Durante el día, las faldas de las montañas se calientan, el aire asciende y el viento tiende a fluir a través del valle hacia la montaña (figura 2.3). Durante la noche, el fenómeno contrario ocurre: aire frió se mueve hacia debajo de la falda de la montaña, forzando el viento a soplar hacia el valle.

a) Día b) Noche

Figura 2.3 Vientos de valle-montaña

En las regiones tropicales vientos térmicos son muy comunes. Estos vientos, los cuales son causados por gradientes de temperatura a lo largo de la superficie terrestre, pueden ser fuertes durante el día, especialmente en regiones desérticas.Vientos de Escala Micro (hasta 10 Km.)En una escala micro, los vientos de superficie (entre 60 y 100 metros sobre el terreno), los cuales son los más interesantes para la aplicación directa de la conversión de la energía eólica, son influenciados por las condiciones locales de la superficie, como la rugosidad del terreno (vegetación, edificios) y obstáculos.

VARIACION DEL VIENTO CON LA ALTURA SOBRE EL TERRENO

El perfil del viento (v.g.- la velocidad de viento como una función de la altura sobre el terreno) puede ser expresado en una relación matemática sencilla. La forma de este perfil dependerá principalmente de la rugosidad del terreno. Figura 2.4 ilustra el comportamiento de perfil de velocidades del viento en función de las características topográficas del terreno.

Figura 2.4 Perfiles de velocidad de viento, en función de las características topográficas del terreno

velocidad de viento potencial, se define como la velocidad de viento que se observaría en un terreno completamente plano y abierto,típicamente especificado para 10 metros de altura sobre el terreno. La velocidad de viento potencial es una magnitud de escala media. Debido a su definición, esta no depende de características de rugosidad locales. A través del perfil para terreno abierto y plano, esta velocidad se relaciona con la velocidad de viento a 60 y 100 metros sobre la superficie del terreno. Esta es la cantidad que típicamente se indica en los mapas eólicos.Siendo esta una cantidad de escala media, es bastante constante a distancias razonable (algunos cuantos kilómetros de distancia horizontal).

Para hallar la velocidad de viento actual (no potencial) en un lugar especifico, se deben aplicar correlaciones a la velocidad de viento potencial, la cual dependerá sobre las características de rugosidad del lugar. Para mayor detalle ver apéndice A.Para el terreno Complejo (montañas, colinas, valles, pasos entre montañas) la situación es bastante diferente (Ver figura 2.5). El flujo de viento sobre y alrededor de montañas es complejo y hasta ahora, conceptos analíticos sencillos (como el perfil de velocidades y velocidad de viento potencial para terreno plano) no existen para modelar tales flujos.

Aceleración del viento en pasos de montaña

CÁLCULO DE LA POTENCIA DEL VIENTOLa potencia en el viento soplando con una velocidad V a través de una área A perpendicular a V, es:

Pviento =ρAV³ (w: vatios)

Donde:

P viento es la potencia en el viento en vatiosρ :es la densidad del aire(aprox. 1.2 Kg/m³)V es la velocidad del viento en m/sA es el área perpendicular al viento en m²Si la velocidad del viento se duplica, la potencia es ocho veces más grande. De 2 a 3 m/s de velocidad de viento, la potencia del viento es más de tres veces. De 4 a 5 m/s de velocidad de viento, la potencia es el doble (Ver figura 2.6 y tabla 2.1).

En un día con borrasca la velocidad del viento puede variar de 1 a 10 m/s, implicando que la potencia en el viento cambia por un factor de 10³ = 1000. Un cambio de esta magnitud no ocurre diariamente, pero si refleja las grandes variaciones que la potencia del viento puede alcanzar en diferentes lugares y escalas de tiempo.Adicional a la velocidad del viento, la potencia eólica se ve además afectada por variaciones en la densidad del aire, sobretodo si se pretenden realizar instalaciones en zonas montañosasde gran elevación sobre el nivel del mar.Normalmente, la potencia eólica teórica se da como potencia eólica especifica, esto es por unidad de área. Así que:

Pviento =½ ρV³ (w/m²)

La tabla 2.1 muestra la variación de la potencia eólica especifica para diferentes valores de velocidad de viento, con la densidad del aire a condiciones estándar a la altura del nivel del mar (1.2 Kg/m³).

La tabla 2.2 muestra la variación de la densidad del aire para diferentes alturas sobre el nivel del mar y temperatura. Para el cálculo de la potencia eólica a diferentes alturas sobre el nivel del mar, esta deberá ser corregida utilizando el verdadero valor de la densidad según esta tabla.

INFORMACION NECESARIA PARA EVALUAR EL USO DE LA ENERGIA EOLICA

1.- Datos Meteorológicos Requeridos Velocidad de Viento Promedio Anual: La velocidad de viento

promedio por un período largo puede ser utilizada como una primera indicación de la viabilidad de uso de la energía eólica.

Variaciones Estacionales: Datos sobre variaciones estacionales de la velocidad de viento (normalmente presentada como promedios mensuales de velocidad de viento) son de importancia para estimar la variación estacional de entrega de energía, y así determinar el mes de diseño critico (v.g.: mes de menor energía eólica disponible) para la instalación que se desea.

Variaciones Diurnas: Variaciones a lo largo del día pueden tener influencia en la viabilidad de uso de la energía eólica .

En lugares que poseen una velocidad de viento baja durante las 24 horas del día, la viabilidad de uso será dudosa. Se puede estudiar los dos ejemplos que siguen; en una región o lugar donde la intensidad del viento es baja durante 16 horas al día, pero presenta vientos de 6 m/s las restantes 8 horas del día, una aplicación eólica puede ser económicamente viable. En otro caso puede ser que a lo largo de las 24 horas del día se registran vientos que no exceden los 2 m/s, en los dos casos presentados, la velocidad promedio diaria no excede los 2 m/s.

Borrascas, vientos extremos: Datos sobre borrascas y vientos de muy alta intensidad son necesarios para determinar las máximas velocidades de viento en las cuales cualquier equipo de conversión de energía eólica puede ser capaz de aguantar sin presentar daño. Por ejemplo para regiones tropicales y de clima moderado una velocidad de 40 m/s se utiliza generalmente como un valor seguro para operación, en algunos casos 50 m/s se considera seguro.

Períodos de Calma: Se requiere información sobre períodos largos de baja intensidad del viento para determinar las dimensiones de elementos como baterías o tanques de almacenamiento de agua para suplir suministro de energía cuando el equipo eólico no se encuentre en operación.

Distribución de Frecuencia de Velocidades de Viento: Para realizar un estimativo adecuado de la probable producción de energía de cualquier equipo eólico, la distribución de frecuencia de la velocidad de viento (porcentaje del tiempo en que una velocidad de viento dada ocurre en el año) es de gran utilidad.

Generadores eólicos de eje horizontalSon los más utilizados y de mayor potencia. Se distinguen tres tipos:

1.- Molinos de viento convencionales

Son los clásicos molinos usados antiguamente y que en la actualidad se conservan como recuerdo histórico pero sin prestar servicio.

Sus características principales son: Longitud de la palas: entre 5 y 15 m, y su anchura del orden de un 20% de su longitud. El material: se construían es de madera. Velocidad de rotación: variable entre 10 y 40 rpm, en función de la longitud de las palas, correspondiendo los valores menores a las palas de mayor longitud. La orientación de la rueda de palas para situarla perpendicularmente al viento incidente se llevaba a cabo mediante un brazo orientable o bien por medio de una pequeña eólica auxiliar que actuaba en forma de veleta de orientación.

2.- Aerogeneradores lentosEs un generador con un elevado número de palas. Generalmente su sistema de orientación es mediante un timón-veleta que hace que el plano de la hélice se sitúe siempre perpendicular a la dirección del viento.

Sus características fundamentales son:

Número de palas elevado, entre 12 y 24. Diámetro entre 3 y 10 m, limitado por el elevado peso del rotor.Se adaptan muy bien a vientos de pequeña velocidad. Su arranque se produce a partir de una velocidad del viento entre 2 y 3 m/s. Potencias pequeñas debido básicamente a dos razones: usan vientos de baja velocidad (entre 3 y 7 m/s) y tienen un diámetro limitado por el peso del rotor debido al elevado número de palas. Su campo de aplicación fundamentalmente se centra en las instalaciones de extracción y bombeo de agua. Presentan un valor elevado del coeficiente de par elevado para pequeños valores de velocidad especifica.

3.- Aerogeneradores rápidos. En este tipo de aerogeneradores el número de palas es pequeño. Su ventaja respecto a las eólicas lentas es que su potencia por unidad de peso es mucho mayor, por lo que al ser más ligeros pueden construirse generadores de un radio mucho mayor, así como situar el buje o punto de giro central del rotor a alturas mucho mayores y por consiguiente aprovechar el efecto de aumento de la velocidad del viento con la altura.

Las características principales son:

Reducido número de palas, entre 1 y 4, aunque los más usados son de 3 palas. Máquinas más ligeras que las eólicas lentas, y por lo tanto pueden construirse de mayor tamaño. Requieren una velocidad del viento para su arranque mayor que las eólicas lentas (entre 4 y 5 m/s). Poseen un par de arranque menor. Alcanzan su potencia nominal para velocidades del viento entre 12 y 15 m/s. A partir de velocidades del orden de 25 a 30 m/s se produce la parada del rotor para evitar daños sobre la máquina. En los aerogeneradores rápidos, el valor máximo del coeficiente de potencia se sitúa en el entorno de Cp=0,4.

Se utilizan para la generación de energía eléctrica, pudiendo ser en sistemas aislados o conectados a la red. Los generadores utilizados en sistemas aislados generalmente son más pequeños (de 3 a 50 KW) que los que se conectan a la red eléctrica (de 250 a 3000 KW).

Aerogenerador de eje horizontal tripala

Rotores monopala: Permite una mayor velocidad de rotación, reducción de masas y costes de material, en las palas, en la caja multiplicadora y en generador. Tienen el inconveniente de necesitar un equilibrado muy preciso con un contrapeso de compensación, y existe un mayor riesgo de desequilibrio aerodinámico y vibraciones con la aparición de cargas de fatiga. También aumenta la generación de ruidos. Del orden del doble que un rotor tripala.

Rotores bipala: Reduce el coste de material y equipos respecto del rotor tripala, pero presenta también la desventaja tiene un mayor nivel de esfuerzos dinámicos. De forma similar a rotor monopala se producen esfuerzos mecánicos originados por la variación del perfil de la velocidad del viento con la altura. Ademas estos rotores presentan respecto a los tripalas un mayor nivel de vibraciones y de ruido.Rotores tripala: la principal ventaja, tiene un giro más suave y uniforme debido a las propiedades de su momento de inercia, por lo que se minimiza la inducción de esfuerzos sobre la estructura. Además gira a menor velocidad que los rotores mono y bipala, disminuyéndose los esfuerzos de la fuerza centrífuga, el nivel de vibraciones y la producción de ruido. Es la configuración más usada en turbinas eólicas rápidas dedicadas a la generación de electricidad.

Disposición del rotor con relación al viento

Rotor a barlovento: el viento incide primero sobre el palmo del rotor y posteriormente sobre la torre de sustentación, con lo cual se minimiza el efecto de sombra sobre el rotor, y la aparición de vibraciones y esfuerzos de fatiga sobre las palas del rotor. Este tipo de disposición requiere un rotor más rígido y más alejado de la torre a fin de evitar interferencias entre lo álabes del rotor y la torre debido a la flexión de los mismo por el esfuerzo de empuje del viento.Este rotor, a diferencia del rotor a sotavento, necesita un sistema de orientación que mantenga siempre el plano de giro de rotor orientado perpendicularmente a la dirección del viento.

Rotor a sotavento: No requieren ningún tipo de dispositivo de orientación. Su desventaja radica en los efectos de sombra de la góndola y de la torre sobre las palas del rotor producen pérdida de potencia y aumento de tensiones de fatiga, además, se pueden producir envolvimientos en el cable conductor que transporta la energía producida por el generador situado en la góndola que gira libremente.

2.- Generadores eólicos de eje vertical

El rotor de las eólicas de eje vertical básicamente suele ser de los siguientes tipos: a) Rotor de arrastre diferencial, sin o con pantalla (Savonius).

b) Rotor de variación cíclica de incidencia (Darrieus).

a) Eólica de rotor de arrastre diferencial: rotor Savonius

Este rotor se basa en la diferente fuerza aerodinámica que ejerce un flujo de aire sobre objetos de distinta forma.

Si se concibe un rotor formado por un conjunto de álabes en forma de cazoletas semiesféricas o semicilíndricas colocadas en la forma que se indica en la siguiente figura, la acción del viento origina fuerzas distintas en las partes cóncava y convexa de estas cazoletas, lo que da lugar a un par que provoca el giro del rotor. Debido a que la fuerza que origina el par es la diferencia entre los álabes o paletas del rotor, este tipo de máquina recibe el nombre de arrastre diferencial.

Generador de eje vertical con deflectores que impiden la fuerza de contrapresión del viento sobre los alabes del rotor

Para eliminar el efecto nocivo de la fuerza F´ que actúa sobre el álabe o cazoleta inferior (que se mueve en sentido opuesto a la velocidad del viento), se puede incorporar al rotor una pantalla orientable por medio de un timón-veleta, junto con un sistema de deflectores adecuado que facilite la canalización del flujo de aire sobre las palas activas. La mejora que experimenta el equipo cuando se apantalla el rotor es importante. 

Rotor de arrastre diferencial provisto con una pantalla giratoria que impide la acción del viento sobre los álabes situados en la parte inferior de la figura

Eólica de rotor de variación cíclica de incidencia: rotor DarrieusEl rotor está formado por un conjunto de álabes, unidos entre si, que pueden girar alrededor de un eje vertical y cuya sección recta tiene forma de un perfil aerodinámico.

Las palas o álabes están arqueadas con una forma parecida a la que forma una cuerda que gira alrededor de un eje. Los álabes son biconvexos y la superficie descripta por los mismos puede tener diversas formas: esférica, parabólica, cilíndrica, etc. El giro del rotor está provocado por la acción aerodinámica del viento sobre los álabes, que originan fuerzas aerodinámicas que dan lugar al par de rotación.El par de arranque de un rotor Darrieus es muy pequeño, y en la práctica requiere un arranque auxiliar. En algunos prototipos se combina un rotor Savonius para facilitar el arranque del primero. La principal ventaja que representa el rotor Savonius frente al Darrieus es la sencillez de su construcción y mejores valores para el par de arranque a bajas velocidades. Puede decirse que el rotor Savonius sólo es útil para pequeñas potencias y aplicaciones muy limitadas como el bombeo de agua de pozos.

Comparación entre generadores de eje horizontal y de eje vertical.

Los de eje horizontal tienen un coeficiente de potencia (Cp) mayor.

Las eólicas rápidas de eje horizontal presentan una velocidad de giro mayor que las de eje vertical, por lo que son más adecuadas para el accionamiento de generadores eléctricos que giran a 1000 o 1500 rpm.

La eólicas de eje horizontal permiten barrer mayores superficies que las de eje vertical, por lo que alcanzan potencias mucho mayores.

Las de eje horizontal aprovechan el efecto beneficioso del aumento de la velocidad del viento con la altura respecto del suelo. La configuración de las de eje vertical impide alcanzar alturas elevadas y por lo tanto no pueden aprovechar este efecto.

Dada su simetría vertical, no necesitan sistemas de orientación para alinear el eje de la turbina con la dirección del viento, como ocurre en las de eje horizontal. Su mantenimiento es más sencillo, dada su poca altura con respecto al suelo. Cuando la eólica trabaja en una aplicación que requiere velocidad constante, no es necesario incorporar ningún mecanismo de cambio de paso. Las eólicas de eje horizontal son las más usadas en la práctica. Las eólicas de eje vertical se utilizan basicamente para investigación.

CÉLULAS FOTOVOLTAICASCÉLULAS FOTOVOLTAICAS

FuncionamientoFuncionamiento

6.- Hable sobre el Principio de funcionamiento Esquema eléctrico.

Los módulos fotovoltaicos funcionan por el efecto fotoeléctrico. Cada célula fotovoltaica está compuesta de dos delgadas láminas de silicio (u obleas), P y N, separadas por un semiconductor; los fotones inciden contra la superficie de la capa P, y al chocar liberan electrones de los átomos del silicio los cuales, en movimiento, pasan por el semiconductor, pero no pueden volver. La capa N adquiere una diferencia de potencial respecto a la P, que por un conductor eléctrico exterior, provisto de un consumidor de energía, volverán (corriente eléctrica) a la capa P, reiniciándose el proceso.

Las celdas se construyen de forma circular o rectangular, aproximadamente de 5 a 10 cm. En un módulo policristalino típico, la mayor parte del material es silicio dopado con boro para darle una polaridad positiva (material P). Una capa delgada en el frente del módulo es dopada con fósforo para darle una polaridad negativa (material N). Al punto entre las dos capas se le llama unión.

Principio de funcionamiento

Esquema eléctrico.

Producen electricidad en corriente continua y aunque su efectividad depende de su orientación hacia el sol se tiende a las instalaciones fijas, por ahorros en mantenimiento, con una inclinación al sur que depende de la latitud . Por su potencia, la luz solar es la más efectiva, pero las células solares funcionan con cualquier tipo, como puede verse en las calculadoras de bolsillo, que también funcionan en interiores con luz artificial.

1.

7.- componentes de un sistema fotovoltaico.

1.-luz (fotones)

4.

4.-capa de desviación

2.

2.- contacto frontal5

.5.-capa positiva

3.

3.- capa negativa6

.6.-contacto posterior

PANELES FOTOVOLTAICOSPANELES FOTOVOLTAICOS

Una célula (Si) proporciona alrededor de 0.5 V y una Una célula (Si) proporciona alrededor de 0.5 V y una potencia máxima de 1 a 2 W.potencia máxima de 1 a 2 W.

DescripciónDescripción ValorValor

IrradiaciónIrradiación 1000 W / m1000 W / m22

IncidenciaIncidencia NormalNormal

Temperatura de la célulaTemperatura de la célula 25ºC25ºC

Características Eléctricas

La intensidad de La intensidad de cortocircuito sufre un ligero cortocircuito sufre un ligero incremento. incremento.

El voltaje de circuito abierto El voltaje de circuito abierto disminuye disminuye aproximadamente 2.3 Mv / aproximadamente 2.3 Mv / ºC.ºC.

Tanto como el factor de Tanto como el factor de forma y el rendimiento de forma y el rendimiento de los módulos decrecen.los módulos decrecen.

Influencia de la Temperatura en el Módulo

Energía Energía limpia y gratuita.limpia y gratuita.

Se puede desarrollar nuevas tecnologías de conversión que Se puede desarrollar nuevas tecnologías de conversión que aumenta el rendimiento.aumenta el rendimiento.

Evita el despoblamiento progresivo de determinadas zonas.Evita el despoblamiento progresivo de determinadas zonas.

Disminuye costos de mantenimiento de las líneas eléctrica. Disminuye costos de mantenimiento de las líneas eléctrica.

Fácil instalación, silenciosos y sencillos. Fácil instalación, silenciosos y sencillos.

Vida útil de entre 20 y 30 años. Vida útil de entre 20 y 30 años.

VENTAJAS

AplicacionesAplicacionesInstalaciones Eléctricas para Vivienda Rural

Alumbrado Público Vallas Publicitarias

Transporte

Aplicaciones Agrarias

Sistema de Bombeo de Agua

Sistema de Riego

Paneles fotovoltaicos en un satélite y bloques de silicio, la materia prima para las células fotovoltaicas

DISEÑO DEL MODELODISEÑO DEL MODELO

Balance Energético del PanelBalance Energético del Panel

Radiada hacia la célula solar

Radiado hacia el cielo

CELULA

VIDRIO

Radiación incidente

Irradiada desde el cielo

Conducción y convección hacia la cubierta

Irradiada por la célula solar

Convección hacia el cielo

(sky ..Tsky4)(vid ..Tsup

4)ho (Tsup – Tsky )

U (Tcel - Tsup)(vid ..Tsup4)(cel ..Tcel

4)

ENERGIA ENTRANTE – ENERGIA SALIENTE = ENERGIA ACUMULADA

[(sky ..Tsky4) + (cel ..Tcel

4) + (U (Tcel – Tsup))] [2(vid ..Tsup4) - (ho(Tsup – Tsky))]- vidE=

Tcel = 337.72 oK

vid Tsup

Tcel

Tsky

WW

8.- SistemasPara utilizar paneles solares como fuente de energía segura y confiable, es necesario contar con los siguientes componentes adicionales:1. cables,2. una estructura de soporte y, dependiendo del tipo de sistema

(conectado a la red, autónomo o de emergencia), 3. un inversor o 4. un controlador de carga,5. baterías.

El sistema completo se denomina sistema de generación de electricidad solar.

Existen tres tipos de sistemas solares:   Sistemas solares autónomos o sistemas fotovoltaicos domiciliarios (SFD)

9.-Los sistemas solares autónomos o fotovoltaicos domiciliarios (SFD) son instalados en los casos en que no se tiene acceso a la red de distribución pública. Ellos requieren de una batería, con el fin de asegurar el suministro de electricidad durante la noche o periodos de escasez de luz solar. Con frecuencia, los sistemas solares domiciliarios son utilizados para satisfacer las necesidades de electricidad de un hogar. Los sistemas pequeños (disponibles a nivel comercial como kit SFD) cubren las necesidades más básicas (iluminación y, en algunos casos, televisión o radio); los sistemas más grandes pueden alimentar, además, una bomba de agua, un teléfono inalámbrico, un refrigerador, herramientas eléctricas (un taladro, una máquina de coser, etc.) y una video cassetera. El sistema está compuesto por un panel solar, un controlador, una batería de almacenamiento, cables, la carga eléctrica y una estructura de soporte.

Esquema de un sistema fotovoltaico domiciliario

1.  paneles solares 3.Batería

2.  Controlador 4.

Artefactoseléctricos

Sistemas solares conectados a la red

En aquellos casos en los que, aun habiendo conexión a una red de distribución pública, el usuario desea contar con electricidad generada por una fuente limpia (solar), se puede conectar los paneles solares a la red. Si se instala suficientes paneles, los artefactos eléctricos en el hogar/edificio operarán, entonces, con electricidad solar. Un sistema solar conectado a la red consta, básicamente, de uno o más paneles solares, un inversor, cables, la carga eléctrica y la estructura de soporte para montar los paneles solares.

1.  paneles solares 3. red

2.  inversores 4.artefactos eléctricos

Para conectar los paneles a la red, se emplea un inversor. Algunos paneles (llamados módulos de CA) cuentan con un inversor para conexión a la red integrado. Los paneles solares pueden ser montados en el techo de una casa, bajo el ángulo de inclinación óptimo (vea ángulo de inclinación y orientación), con una estructura de soporte o un marco de aluminio. La comercialización de sistemas simples, con módulos de CA y estructuras de soporte prefabricadas y que, además, pueden ser montados por el usuario, está en aumento. Si bien una persona hábil puede realizar gran parte del trabajo de instalación, todas las conexiones eléctricas deberán ser llevadas a cabo por un profesional capacitado (consulte con su empresa de servicio público o con su proveedor).

Sistemas solares de emergencia

Los sistemas de generación de electricidad solar de emergencia se instalan cuando hay conexión a la red de distribución pública, pero el suministro de electricidad no es confiable. El sistema solar de emergencia puede ser utilizado para suministrar electricidad durante los cortes de fluido eléctrico de la red (apagones). Un sistema solar de emergencia pequeño puede generar corriente eléctrica para cubrir las necesidades más importantes, tales como iluminación y alimentación de equipos de computación y telecomunicaciones (teléfono, radio, fax, etc.). Un sistema más grande puede ser dimensionado para abastecer un refrigerador durante un corte de fluido. Cuanta más energía consuman los artefactos y mayor sea la duración normal de los cortes de fluido, más grande debe ser el sistema solar. Si bien una persona hábil puede llevar a cabo gran parte del trabajo de instalación, todas las conexiones eléctricas deben ser realizadas por un profesional capacitado.

1. paneles solares 4. Red

2. inversor 5. artefactos eléctricos

3. batería    

El sistema consta de un panel solar, un controlador, una batería de almacenamiento, cables, un inversor, la carga eléctrica y una estructura de soporte.

Baterías

Sistemas de generación de electricidad solar utilizados para generar electricidad cuando no hay (temporalmente) una red de distribución pública: El sistema consta de un panel solar, un controlador, una batería de almacenamiento, cables, un inversor, la carga eléctrica y una estructura de soporte

Inversores

Los inversores son empleados para convertir corriente continua (CC) de la batería en corriente alterna (CA) de la red:

-En los sistemas conectados a la red, con el fin de adaptar la electricidad solar generada por el panel, de modo que ésta pueda ser introducida en la red. La mayoría de paneles solares generan CC. Algunos cuentan con un inversor integrado en su parte posterior (es el caso de los llamados módulos de CA).

- En los sistemas solares autónomos, con el fin de adaptar la electricidad proveniente del panel solar y de la batería, para así alimentar a los artefactos eléctricos que no operan directamente con la corriente del sistema.

- En los sistemas de emergencia, para suministrar CA a artefactos eléctricos que normalmente se alimentan de la red.

10.- Controlador de carga

En los sistemas solares autónomos o sistemas fotovoltaicos domiciliarios (SFD), los controladores de carga protegen a la batería de una descarga profunda (descarga extrema, demasiada energía consumida) o de sobrecarga (carga extrema, demasiada energía proveniente del panel solar).

-El uso de un controlador de carga es altamente recomendable. Éste desconecta las cargas cuando la batería está casi completamente descargada. Todos los sistemas solares domiciliarios cuentan con un controlador de carga.

- Observe su controlador de carga para verificar el estado de la batería (cuán cargada se encuentra). Por lo general, el controlador está provisto de un indicador luminoso rojo, que se enciende cuando la batería está descargada, y uno verde, que se enciende cuando está completamente cargada. Procure que el indicador verde permanezca encendido el mayor tiempo posible. Esto extenderá el tiempo de vida de la batería.

- Nunca ignore las indicaciones del controlador de carga con el fin de extraer hasta la última gota de energía de la batería. Esto la arruinaría.

Estructura de soporte

Una parte importante de un sistema de generación de electricidad solar es la estructura de soporte de los paneles. Ella asegura que los paneles puedan colocarse con el ángulo de inclinación correcto en dirección al sol y brinda seguridad a la instalación. El conjunto constituido por la estructura de soporte y los paneles deberá ser capaz de soportar vientos fuertes, por ejemplo.

Existe una amplia variedad de estructuras de soporte disponibles, desde aquéllas que puede montar usted mismo hasta estructuras hechas a la medida, para sistemas solares más grandes. Las estructuras de soporte pueden ser fabricadas a base de un marco metálico o de un material sintético.

Existen diversos tipos de sistemas de soporte, dependiendo del lugar donde se instalará el sistema solar. Para los sistemas conectados a la red, se puede usar un sistema de soporte de techo plano o inclinado, o un sistema de fachada.

Los sistemas conectados a la red son utilizados, de igual modo, como parte de la cubierta del edificio (integración al edificio). Para estos casos, se construye y desarrolla estructuras de soporte especiales.

La integración al edificio se ha convertido en un aspecto importante de los sistemas solares conectados a la red. Puede ser una herramienta útil para la reducción de costos. Asimismo, brinda una excelente oportunidad para usar los estos sistemas como herramienta útil para mejorar la arquitectura y demostrar que pueden tener otras funciones además de la generación de energía.

Orientación

La luz solar viaja en línea recta desde el sol hasta la tierra. Al penetrar la atmósfera terrestre, una parte se dispersa y otra cae sobre la superficie en línea recta. Finalmente, una última parte es absorbida por la atmósfera. La luz solar dispersa se denomina radiación difusa o luz difusa. La luz del sol que cae sobre la superficie sin dispersarse ni ser absorbida, es, por supuesto, radiación directa. Como todos habrán constatado gracias a los baños de sol y al trabajo al aire libre, la radiación directa es la más intensa

1. directa

2. absorción

3. reflexión

4. indirecta

Un panel solar genera electricidad incluso en ausencia de luz solar directa. Por ende, un sistema solar generará energía aun con cielo nublado (vea ¿Cómo opera el sistema?). Sin embargo, las condiciones óptimas de operación implican: la presencia de luz solar plena y un panel orientado lo mejor posible hacia el sol, con el fin de aprovechar al máximo la luz solar directa. En el Hemisferio Norte, el panel deberá orientarse hacia el sur y en el Hemisferio Sur, hacia el norte.

Por lo tanto, en la práctica, los paneles solares deberán ser colocados en ángulo con el plano horizontal (inclinados). Cerca del ecuador, el panel solar deberá colocarse ligeramente inclinado (casi horizontal) para permitir que la lluvia limpie el polvo.

Una pequeña desviación en la orientación no influye significativamente en la generación de electricidad, ya que durante el día el sol se translada en el cielo de este a oeste.

Ejemplo Porcentajes de rendimiento anual de un sistema FV con una inclinación de panel de 45 grados, para diversas orientaciones - Holanda.

Porcentajes de rendimiento anual de un sistema FV con una inclinación de panel de 45 grados, para diversas orientaciones - Holanda.

O SO S SE E

78% 94% 97% 94% 78%

El rendimiento es máximo (100%) cuando los paneles tienen una inclinación de 36 grados y están orientados hacia el sur. Tal como puede observarse, las diferencias entre suroeste, sur y sureste son pequeñas

Ángulo de inclinaciónEl sol se desplaza en el cielo de este a oeste. Los paneles solares alcanzan su máxima efectividad cuando están orientados hacia el sol, en un ángulo perpendicular con éste a mediodía. Por lo general, los paneles solares son colocados sobre un techo o una estructura y tienen una posición fija; no pueden seguir la trayectoria del sol en el cielo. Por lo tanto, no estarán orientados hacia el astro con un ángulo óptimo (90 grados) durante toda la jornada. El ángulo entre el plano horizontal y el panel solar se denomina ángulo de inclinación.

Debido al movimiento terrestre alrededor del sol, existen también variaciones estacionales. En invierno, el sol no alcanzará el mismo ángulo que en verano. Idealmente, en verano los paneles solares deberían ser colocados en posición ligeramente más horizontal para aprovechar al máximo la luz solar. Sin embargo, los mismos paneles no estarán, entonces, en posición óptima para el sol del invierno. Con el propósito de alcanzar un mejor rendimiento anual promedio, los paneles solares deberán ser instalados en un ángulo fijo, determinado en algún punto entre los ángulos óptimos para el verano y para el invierno. Cada latitud presenta un ángulo de inclinación óptimo. Los paneles deben colocarse en posición horizontal únicamente en zonas cercanas al ecuador.

Ángulo de inclinación óptimo en verano e invierno

1.- sol de invierno.

2.- sol de verano

Ligeras desviaciones de unos 5 grados con respecto del ángulo de inclinación óptimo tienen sólo un efecto menor en la producción de energía. Las diferencias a causa de las condiciones climáticas son más importantes en la producción de energía. En el caso de los sistemas autónomos, el ángulo de inclinación óptimo depende del patrón de demanda mensual.

fin