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Ventajas y desventajas de los sistemas fotovoltaico y eólico




  1. Sistema eólico o aerogenerador
  2. Elementos de un sistema eólico
  3. Ventajas
  4. Desventajas
  5. Sistema fotovoltaico
  6. Elementos de un sistema fotovoltaico
  7. Conclusiones
  8. 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.

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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.

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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)

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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 nulo

  • Es 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 suelo

  • La 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

 


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