- Sistema
eólico o aerogenerador - Elementos de un
sistema eólico - Ventajas
- Desventajas
- Sistema
fotovoltaico - Elementos de un
sistema fotovoltaico - Conclusiones
- Trabajos
citados
La energía eólica es la
energía generada por el viento y que puede ser aprovechada
directamente o ser transformada como energía
eléctrica. Actualmente es la energía renovable con
mayor crecimiento y representa ya una gran parte de la
producción eléctrica. La energía
eólica tiene mucho potencial y gran cantidad de
aplicaciones. (Secretaría de Energía,
2004)
La energía cinética del viento es
considerada una tecnología madura para la
generación eléctrica, comercialmente se encuentran
disponibles aerogeneradores desde 0.5 hasta1.5 MW.
ELEMENTOS DE UN SISTEMA EOLICO
Existen diferentes tipos de componentes, dependiendo de
la aplicación; sin embargo, se pueden reconocer algunos
comunes, (FOCER F. d., 2002) como se explica a
continuación:
ROTOR: El rotor es el elemento principal de una
máquina eólica, siendo su función la
transformación de la energía cinética del
viento en mecánica utilizable. Existe gran variedad de
rotores y su clasificación más usual se realiza en
función de la disposición del eje: horizontal o
vertical. Para sistemas de generación eléctrica, el
rotor consiste generalmente en dos o tres aspas y está
hecho de fibra de vidrio con poliéster o epoxy. El rotor
de una turbina eólica puede variar en tamaño, lo
cual afecta la cantidad de energía correspondiente que se
puede generar. Por ejemplo, una turbina de 10 kW
típicamente tiene un diámetro de rotor de siete
metros, mientras que una turbina de 750 kW tiene un
diámetro de 24 metros.
TREN DE POTENCIA O CONVERSIÓN
MECÁNICA: El tren de potencia está constituido
por el eje de baja velocidad, la caja de cambios de velocidad, el
eje de alta velocidad y las balineras o cojinetes que soportan
los ejes. Se aplica en sistemas grandes eléctricos para
adaptar la velocidad del eje a la del generador. Algunas turbinas
no contienen la caja de cambios.
SISTEMA ELÉCTRICO: En sistemas de
generación eléctrica, éste se refiere al
generador, el cual está acoplado al eje para transformar
la energía mecánica en eléctrica.
Además, consiste en las interfaces para la conexión
a las aplicaciones o a la red eléctrica.
CHASIS: Contiene los elementos claves de la
turbina, como la caja de cambios y el generador. En turbinas
grandes, el chasis puede tener el tamaño de un
microbús y el personal de mantenimiento entra a él
desde la torre. Usualmente, es una pieza metálica forjada
sobre la cual se montan las diferentes partes del tren de
conversión modularmente, al mismo tiempo que lo protege
del ambiente y sirve de aislante al ruido mecánico de la
caja de cambios y del generador.
SISTEMA DE ORIENTACIÓN: Las
máquinas de eje horizontal tienen este componente, el cual
detecta la orientación del viento y coloca el rotor en su
misma dirección para aprovecharlo al máximo. El
sistema de orientación está compuesto por el
cojinete, los motores eléctricos, los sensores y un freno
mecánico.
TORRE: Las máquinas eólicas deben
estar situadas sobre una estructura de soporte capaz de aguantar
el empuje del viento que transmiten el sistema de
captación y las eventuales vibraciones. Su altura debe ser
suficiente para evitar que las turbulencias, debidas al suelo,
afecten a la máquina y para superar los obstáculos
cercanos. Por ejemplo, una turbina de 750 kW tiene una altura
típica de 63 metros. El uso de torres más altas
significa un costo mayor al inicio, pero éste disminuye el
período de la recuperación de la inversión,
debido a que la velocidad del viento aumenta con la altura y
logra generar más energía.
SISTEMA DE SEGURIDAD: Este pone la turbina en una
situación estable y segura, en caso de que ocurran
anomalías tales como pérdida de carga, velocidad de
rotación o temperatura del generador a caja de cambios
demasiado altas.
COMPONENTES DE UN AEROGENERADOR (FOCER F.
d., 2002)
La energía eólica presenta varias
ventajas, entre las cuales se pueden destacar las
siguientes:
Su impacto al medio ambiente es mínimo: no
emite sustancias tóxicas o gases, por lo que no causa
contaminación del aire, el agua y el suelo, y no
contribuye al efecto invernadero y al calentamiento
global.Es una energía limpia ya que no requiere una
combustión que produzca dióxido de carbono
(CO2), y no produce emisiones atmosféricas ni residuos
contaminantes.La producción de energía por medios
eólicos no presenta incidencia alguna sobre las
características fisicoquímicas del suelo, ya
que no se produce ninguna contaminación que incida
sobre este medio. Puede convivir con otros usos del suelo,
por ejemplo prados para uso ganadero o cultivos bajos como
trigo, maíz, papas, remolacha, etc.El viento es una fuente de energía
inagotable, abundante y renovable, es decir, no se gasta o
tarda poco tiempo en volver a regenerarse.La tecnología no usa combustibles y el viento
es un recurso propio de la región, por lo que es una
de las fuentes más baratas.En comparación con otras tecnologías
aplicadas para electrificación rural, la
operación de un sistema eólico es muy barata y
simple. El sistema no requiere mayor mantenimiento, aparte de
una revisión periódica de las baterías,
en caso de tenerlas, y una limpieza de las aspas en
épocas secas.Proyectos de energía eólica se pueden
construir en un plazo relativamente rápido.
Como toda fuente de energía, la eólica
tiene sus desventajas también:
El aire al ser un fluido de pequeño peso
específico, implica fabricar máquinas grandes y
en consecuencia caras.La variabilidad del viento: para proyectos aislados
se requiere de un mecanismo de almacenamiento en
batería de la energía generada, para poder
disponer de energía cuando no haya suficiente
viento.El alto costo inicial: en comparación con
fuentes térmicas de generación, un proyecto
eólico tiene un alto costo inicial.Cantidad de viento: es una opción factible y
rentable sólo en sitios con suficiente viento, lo cual
significa que no se puede aplicar en cualquier
lugar.El impacto visual: desde el punto de vista
estético, produce un impacto visual inevitable, ya
que, por sus características, precisa emplazamientos
físicos que normalmente evidencian la presencia de las
máquinas (cerros, colinas, litoral).Un impacto negativo es el ruido producido por el
giro del rotor.Riesgo de mortandad al impactar las aves con las
aspas.
El sol es una fuente de energía limpia,
inagotable y gratuita. La Transformación de energía
solar en energía térmica o eléctrica puede
realizarse en el propio lugar de consumo, sin tener que
transportarse ni depender de otras infraestructuras.
(Secretaría de Energía, 2004)
La energía del sol es un recurso de uso
universal; por lo tanto, no se debe pagar por utilizar esta
energía. Sin embargo, es importante recordar que para
realizar la transformación de energía solar en
energía eléctrica se necesita de un sistema
fotovoltaico apropiado. La utilización de energía
solar con tecnología fotovoltaica, convierte la
energía solar en energía eléctrica con
celdas fotoeléctricas, hechas principalmente de silicio
que reacciona con la luz. (FOCER, 2002)
La energía solar térmica es una
de las aplicaciones prácticas con más futuro dentro
del marco urbano para reducir la emisión de gases
contaminantes y disminuir la dependencia de los combustibles
fósiles. Los materiales, el diseño y la
instalación son los costos de un sistema solar, ya que no
requiere ningún combustible para su funcionamiento y los
costos de mantenimiento son muy bajos, a diferencia de los
sistemas convencionales de calentamiento. (Secretaría de
Energía, 2007)
ESQUEMA SIMPLE DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO
(FOCER F. d., 2002)
Existen diferentes tipos de componentes, de los cuales
se pueden reconocer algunos comunes, (Castellanos, 2009) como se
explica a continuación:
EL PANEL FOTOVOLTAICO: Un panel solar está
constituido por varias células iguales conectadas
eléctricamente entre si, en serie y/o en paralelo, de
forma que la tensión y corriente suministrada por el panel
se incrementa hasta ajustarse al valor deseado. La mayor parte de
los paneles solares se construyen asociando primero
células en serie hasta conseguir el nivel de
tensión deseado, y luego asociando en paralelo varias
asociaciones serie de células para alcanzar el nivel de
corriente deseado. Además, el panel cuenta con otros
elementos a parte de las células solares, que hacen
posible la adecuada protección del conjunto frene a los
agentes externos; asegurando una rigidez suficiente,
posibilitando la sujeción a las estructuras que lo
soportan y permitiendo la conexión
eléctrica.
LAS BATERÍAS: En las instalaciones
fotovoltaicas lo más habitual es utilizar un conjunto de
baterías asociadas en serie o paralelo para almacenar la
energía eléctrica generada durante las horas de
radiación, para su utilización posterior en los
momentos de baja o nula insolación.
EL REGULADOR FOTOVOLTAICO: Para un funcionamiento
satisfactorio de la instalación en la unión de los
paneles solares con la batería ha de instalarse un sistema
de regulación de carga. Este sistema es siempre necesario,
salvo en el caso de los paneles auto regulados. El regulador
tiene como función fundamental impedir que la
batería continúe recibiendo energía del
colector solar una vez que ha alcanzado su carga máxima.
Otra función del regulador es la prevención de la
sobre descarga, con el fin de evitar que se agote en exceso la
carga de la batería. Algunos reguladores incorporan una
alarma sonora o luminosa previa a la desconexión para que
el usuario pueda tomar medidas adecuadas, como reducción
del consumo, u otras.
EL INVERSOR FOTOVOLTAICO: Los convertidores
e inversores son elementos cuya finalidad es adaptar las
características de la corriente generada a la demanda
total o parcial para las aplicaciones. En determinadas
aplicaciones que trabajan en corriente continua, no es posible
hacer coincidir las tensiones proporcionadas por el acumulador
con la solicitada por todos los elementos de consumo. En estos
casos la mejor solución es un convertidor de
tensión continua.
Un inversor viene caracterizado principalmente por la
tensión de entrada, que se debe adaptar a la del
generador, la potencia máxima que puede proporcionar y la
eficiencia.
VENTAJAS
La energía solar presenta varias ventajas, entre
las cuales se pueden destacar las siguientes:
No consume combustible, pues obtiene su
energía del Sol, lo cual significa que,
económicamente, en el largo plazo estos sistemas son
más viables y estables.Los sistemas que hoy llegan a cortos tiempos de
amortización (3-6 años) son los sistemas
térmicos de bajas temperaturas.Impacto ambiental prácticamente
nuloEs un recurso inagotable.
El generar energía térmica sin que
exista un proceso de combustión, desde el punto de
vista medioambiental, es un procedimiento muy favorable por
ser limpio y no producir contaminación.Los sistemas fotovoltaicos no producen ningún
sonido molesto cuando operan debido a que no poseen partes y
movimientos mecánicos por lo que no ocasionan
ningún tipo de contaminación sonora.Los sistemas tienen una vida útil larga
(más de 20 años).El mantenimiento de los sistemas fotovoltaicos es
sencillo y tiene costos muy bajos.La instalación de los sistemas fotovoltaicos
individuales es simple, rápida y sólo requiere
de herramientas y equipos de medición
básicos.
DESVENTAJAS
Como toda fuente de energía, la solar tiene sus
desventajas también:
Las cantidades de potencia y energía que se
pueden obtener de un sistema fotovoltaico están
limitadas por la capacidad de generación y
almacenamiento de los equipos instalados, especialmente de
los módulos y la batería respectivamente, y por
la disponibilidad del recurso solar.Limitaciones presupuestarias en cuanto a la
capacidad que se puede instalar.El tiempo de instalación de una planta
eléctrica de combustible es menor que el de un sistema
fotovoltaico.Los sistemas fotovoltaicos no producen humo; sin
embargo, durante el proceso de carga las baterías
liberan al ambiente hidrógeno en cantidades
moderadas.El derrame de la solución de ácido
sulfúrico de las baterías representa un peligro
para la piel de las personas y para el sueloLa disponibilidad de energía es variable y
depende de las condiciones atmosféricas.
Cuando utilizamos energías renovables evitamos
contaminar el medio ambiente debido a que para generar este tipo
de energías no es necesaria la utilización de
hidrocarburos y por consiguiente contribuimos en gran manera con
el ahorro de los recursos no renovables.
El aprovechamiento de las energías renovables
posibilita el ahorro de combustibles convencionales e impacta
favorablemente sobre el medio ambiente. Asimismo, la naturaleza
dispersa de las energías renovables brinda una aceptable
oportunidad para la generación eléctrica de forma
distribuida.
Las energías renovables ofrecen importantes
oportunidades para aplicaciones en entornos donde la
energía convencional no llega, o llega solo de manera
parcial. La falta de energía en comunidades constituye una
situación crítica, ya que suele estar asociada con
la ausencia de telecomunicaciones, educación, servicios de
salud, y frecuentemente, agua potable.
Castellanos, C. (2009). Energía Solar: Una
Solución Limpia y Fiable de Produccon de
Energía. Quito, Ecuador: Escuela Politecnica
Nacional.
FOCER, F. d. (2002). Manuales sobre Energía
Renovable: Eólica. San José, Costa Rica:
Biomass Users Network (BUN-CA).
FOCER, F. d. (2002). Manuales sobre Energía
Renovable: Solar Fotovoltaica. San Jose, Costa Rica: Biomass
User Network (BUN-CA).
Secretaría de Energía. (2004). Las
Energías Renovables en el Desarrollo Sustentable de
México. México: SENER.
Secretaría de Energía. (2007).
Prospectiva de Sector Eléctrico 2006-2015.
México D.F.: SENER.
Autor:
Pime Edwin Herbe Balán
Cámara