CURSO DE INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS

PRACTICA 8. AEROGENERADORES

CONCEPTOS TEÓRICOS

Principio de funcionamiento de los aerogeneradores

Los aerogeneradores convierten la energía cinética del viento mediante sus aspas en energía mecánica y esa energía mecánica mediante un generador eléctrico se convierte en energía eléctrica.



La potencia eólica disponible.

La fórmula con la que podemos calcular la potencia eólica disponible es la siguiente:


En donde:
P = Potencia en W/m2.
ρ = densidad del viento en Kg/m3 (1,2Kg/m3 a nivel del mar)
A = superficie de viento que incide en las aspas en m2
V = velocidad el viento en m/s

Así por ejemplo, con una velocidad del viento de 12m/s y unas aspas barriendo una superficie de 1m2, obtenemos una potencia de unos 1.000W/m2 (viento incidente perpendicularmente al área barrida por las aspas). Entonces, con el doble de velocidad (24m/s), obtendremos una potencia ocho veces mayor, unos 8.000W/m2.


Rendimiento del aerogenerador.

Como cabe esperar, no toda la energía que interceptan las palas se convierte en energía eléctrica. Existe una pérdida de energía por distintas causas. Una muy evidente es que el viento interceptado por un aerogenerador no puede salir a una velocidad 0 m/s. Esto significa que la energía cinética contenida en el viento no se puede extraer completamente. Según la Ley de Benz, como máximo sólo puede convertirse el 16/27 (el 59%) de la energía cinética en energía mecánica usando un aerogenerador. Y luego, por otra parte, esta energía mecánica tampoco es convertida al 100% en energía eléctrica. 

La siguiente gráfica muestra la comparativa entre la Potencia Eólica, la de la turbina y la del generador en función del viento.


Partes de un aerogenerador

Existen diferentes configuraciones de aerogeneradores según sus turbinas eólicas: monopala, bipala, tripala, multipala. El aumento del número de palas disminuye la velocidad de rotación, aumenta el rendimiento y encarece el precio de estas turbinas. Excluyendo la monopala y la multipala que tienen aplicaciones especiales, el mercado se ha concentrado en la bipala y en la tripala, orientándose sobre todo hacia esta última configuración, ya que está caracterizada por un motor más uniforme (y por lo tanto de mayor duración), la energía producida es ligeramente superior (es decir, en general con un rendimiento mayor), y además son visualmente menos agresivos gracias a que tienen una configuración más simétrica y una velocidad de rotación más baja, más relajante para los ojos de quien la observa.

Los molinos de eje vertical son más raros de ver en funcionamiento dado que su diseño esta muy orientado aun tipo de aplicaciones concretas. En la figura vemos distintos tipos de aerogeneradores.


Aerogeneradores en instalaciones Fotovoltaicas aisladas.

Los pequeños aerogeneradores en una instalación fotovoltaica, cubren un hueco en la producción eléctrica muy interesante. Mientras en una instalación puramente fotovoltaica se tendrá que recurrir en ocasiones a grupos electrógenos, en las que se dote de un pequeño aerogenerador, podremos reducir la instalación en placas fotovoltaicas, ya que cuando menos pueden producir las placas, en meses de invierno, es cuando el aerogenerador podrá producir más energía, ya que es época de mayores vientos. Además al tener la producción de energía mas distribuida, en días soleados, en días nublados y hasta en horas nocturnas, también podremos reducir en el banco de baterías, uno de los elementos más caros de la instalación. Hoy en día, los pequeños aerogeneradores son muy eficientes y de precio muy asequible; hasta hace muy poco tiempo salía mas barato el kWh producido por aerogenerador que por placas fotovoltaicas en lugares con buenos vientos. Hoy en día habría que estudiarlo ya que las placas han reducido hasta un 80% su precio. Pero aún así es muy interesante poner un aerogenerador, ya que su producción es en tiempo y forma distinto y complementario con las placas fotovoltaicas.

Señalar que los aerogeneradores de pequeñas potencias, suelen ser de eje horizontal y directo. Esto es extremadamente importante porque a diferencia de los grandes aerogeneradores, no poseen caja de transmisiones con lo que el mantenimiento es prácticamente inexistente o mínimo. El único inconveniente limitativo importante es que requiere de una ubicación apropiada, que no nos transmita ruidos y que el riesgo de accidente por desprendimiento de palas sea nulo o mínimo.

A continuación vemos una gráfica que indica la potencia que produce el aerogenerador Air-x de nuestras instalaciones. La curva de más arriba se corresponde con condiciones de viento más o menos estables y la curva interior se corresponde con viento a rachas, turbulento. Como se puede observar en ella, a partir de unos 14m/s el aerogenerador corta la producción de energía, ya que evitar daños en su estructura, se para.


Y esta otra es una gráfica del mismo aerogenerador que indica la producción de kWh mensualmente según la velocidad media del viento en un mes.






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