Energia Eolica

1. ENERGÍA
EÓLICA

2. EL RECURSO EOLICO
El 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.

3. ESCALAS DE VIENTOS: VARIACION
HORIZONTAL
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.

4. a) Día (Verano)
Figura 2.2 Brisa marina
b) Noche (Invierno)

5. 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

6. 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.

7. 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

8. 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.

9. Aceleración del viento en pasos de montaña

10. CÁLCULO DE LA POTENCIA DEL VIENTO
La 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
vatios
ρ :es la densidad del aire(aprox. 1.2 Kg/m³)
V es la velocidad del viento en m/s
A es el área perpendicular al viento en m²
Si 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).

11. 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 montañosas
de 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)

12. 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).

13. 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.

14. 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.

15.  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.

17. Generadores eólicos de eje horizontal
Son 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.

18. 2.- Aerogeneradores lentos
Es 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.

19. 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).

20. Aerogenerador de eje horizontal tripala

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. 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.

25. 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

26. Eólica de rotor de variación cíclica de incidencia: rotor Darrieus
El 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.

27. 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.

33. CÉLULAS FOTOVOLTAICAS
Funcionamiento

34. 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.

35. 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.

36. 1
7.- componentes de un
. sistema fotovoltaico.
4
1.-luz (fotones)
2
3
2.- contacto frontal
.
3.- capa negativa
.
5
6
4.-capa de desviación
.
5.-capa positiva
.
6.-contacto posterior
.

37. PANELES FOTOVOLTAICOS
Una célula (Si) proporciona alrededor de 0.5 V y una
potencia máxima de 1 a 2 W.
Descripción
Valor
Irradiación
1000 W / m2
Incidencia
Normal
Temperatura de la célula
25ºC

38. Características Eléctricas

39. Influencia de la Temperatura en el Módulo

La
intensidad
de
cortocircuito sufre un ligero
incremento.

El voltaje de circuito abierto
disminuye
aproximadamente 2.3 Mv /
ºC.

Tanto como el factor de
forma y el rendimiento de
los módulos decrecen.

40. VENTAJAS

Energía limpia y gratuita.

Se puede desarrollar nuevas tecnologías de conversión que
aumenta el rendimiento.

Evita el despoblamiento progresivo de determinadas zonas.

Disminuye costos de mantenimiento de las líneas eléctrica.

Fácil instalación, silenciosos y sencillos.

Vida útil de entre 20 y 30 años.

41. Aplicaciones
Instalaciones Eléctricas para Vivienda Rural

42. Alumbrado Público
Vallas Publicitarias

43. Transporte

44. Aplicaciones Agrarias
Sistema de Bombeo de Agua
Sistema de Riego

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

46. DISEÑO DEL MODELO
Balance Energético del Panel
Tsky
Radiado hacia
el cielo
Convección hacia el
cielo
(εvid .σ.Tsup4)
ho (Tsup – Tsky )
VIDRIO
Radiación
incidente
α vid
Irradiada desde
el cielo
(εsky .σ.Tsky4)
Tsup
Irradiada por la
célula solar
Radiada hacia la
célula solar
(εcel .σ.Tcel4)
(εvid .σ.Tsup4)
CELULA
Conducción y
convección hacia la
cubierta
U (Tcel - Tsup)
Tcel
W
W
τΕ
ENERGIA ENTRANTE – ENERGIA SALIENTE = ENERGIA ACUMULADA
- [2(εvid .σ.Tsup4) - (ho(Tsup – Tsky))] = αvidE
[(εsky .σ.Tsky4) + (εcel .σ.Tcel4) + (U (Tcel – Tsup))]
Tcel = 337.72
o
K

48. Sistemas
8.Para 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)

49. 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.
1.
paneles solares
3
Batería
.
2.
Controlador
4
Artefactos
.
eléctricos
Esquema de un sistema fotovoltaico domiciliario

50. 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

51. 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).

52. 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.

53. 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

54. 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.

55. 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.

56. 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.

58. 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

59. Porcentajes de rendimiento anual de un sistema FV con una inclinación de panel de 45
grados, para diversas orientaciones - Holanda.
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.
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
O
SO
S
SE
E
78%
94%
97%
94%
78%

60. Ángulo de inclinación
El 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.

61. 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.

62. fin