Sistema híbrido
eólico - fotovoltaico


Raúl Novo
Licenciado en Geografía.
Guillermo Leyva
Ingeniero mecánico.
José C. Díaz
Licenciado en Geografía.
Tel. (537) 2043117
E-mail: novo@solar.copextel.com.cu

 

Las fuentes renovables de energía, a diferencia
de los hidrocarburos y la energía nuclear, coexisten,
se complementan y aportan su potencial energético
sin contaminar el medio ambiente.
Así ocurre con la experiencia cubana
en la electrificación de escuelas primarias rurales.

Como resultado del desarrollo del Programa de Evaluación del Potencial Eólico Cubano, durante 9 años el Grupo Eólico de ECOSOL Solar y CUBASOLAR han realizado la evaluación de varias regiones a lo largo del archipiélago, y demostraron la posibilidad de utilizar regionalmente el viento como un recurso natural explotable para obtener energía en localidades donde la conexión de la red eléctrica nacional resulta muy difícil de costear.

Estos resultados condujeron a la adquisición de pequeños aerogeneradores de baja potencia (400 W), con la más avanzada tecnología en esta disciplina y ampliamente comercializados a escala mundial para diferentes usos. Su operación, casi exenta de mantenimiento, garantiza el suministro eléctrico en sitios donde el potencial eólico local sea satisfactorio y puedan ubicarse sin obstáculos a su alrededor, con libre flujo del viento a la altura del rotor de la turbina.


Características de los sistemas
Los sistemas fotovoltaicos simples que se están instalando desde el pasado año en las escuelas rurales permiten 5 h de explotación diaria de un televisor o una vídeo casetera y 2 lámparas, con dos días de reserva para períodos nublados.

Si se utiliza un aerogenerador de 400 W, se instala a 12 m de altura y se añaden 2 baterías al banco existente, el esquema híbrido permitirá aportar 2 000 Wh/día adicionales, duplicando la energía disponible y, por tanto, el número de horas de uso.

Como parte del Programa Audiovisual se manifestó el interés por probar la efectividad de los sistemas híbridos eólico-fotovoltaicos para electrificar objetivos que sirvieran al doble propósito de funcionar como escuelas en horas lectivas y como salas de vídeo y TV para las comunidades, ampliando el tiempo de uso de los medios audiovisuales disponibles. En función de esto se realizaron las coordinaciones previas para ejecutar el montaje de los tres primeros sistemas híbridos en escuelas rurales del municipio Maisí, provincia Guantánamo (Figs.1, 2 y 3).
 




Figs.1, 2 y 3. Escuelas primarias rurales del municipio Maisí, provincia Guantánamo, en las que se instalaron sistemas híbridos eólico-fotovoltaicos, como parte del Programa Audiovisual que desarrolla el país en todos los centros escolares.

Sitios de emplazamiento
El régimen de vientos, a diferencia del régimen de insolación, presenta una amplia variabilidad en dependencia de la influencia temporal que a gran escala provocan los diferentes eventos meteorológicos que influyen sobre una región y que imponen sus patrones de viento característicos.

Los factores geográficos regionales constituyen el escenario donde el viento puede atenuarse o acelerarse en extensiones relativamente pequeñas debido a la diversidad de paisajes. Su interacción determina las características reales del viento local.

Para seleccionar los sitios de emplazamiento favorables para este tipo de instalación, por las particularidades topográficas de la zona costera al sur del municipio Maisí, y debido a la carencia de mediciones representativas de las características locales del régimen del viento, el trabajo fue antecedido por una visita de exploración a los puntos de interés.  
Fig.4. Las deformaciones del follaje de la vegetación, por la acción del viento en su dirección predominante, constituyeron uno de los criterios definitorios para seleccionar los sitios de emplazamiento.

Se consideraron la amplia variabilidad de los relieves, en conjunción con otros componentes geográficos en cada emplazamiento. Criterios definitorios fueron asumidos basados en las evidencias e indicadores indirectos en el terreno, tales como las evidencias ecológicas en la región. En la figura 4 se muestran deformaciones del follaje de la vegetación como resultado de la acción del viento en su dirección predominante. De gran interés fueron igualmente los resultados de encuestas realizadas a viejos pobladores de la localidad.

Esta exploración inicial condujo a decidir la instalación de los tres primeros sistemas en el municipio Maisí, atendiendo a las mejores condiciones inmediatas de trabajo, a la concentración de las demandas sociales y a las evidencias de que el régimen de viento local (brisas) en la zona de Boca de Jauco (desde el sitio La Llana hasta el Espigón de Jauco) es adecuado para instalar pequeñas turbinas eólicas sin que se requieran estudios detallados y costosos para tomar esta decisión, hecho comprobado por el buen funcionamiento en la zona de un pequeño sistema híbrido montado por el propio Grupo Eólico, en septiembre de 1996, equipado con un aerogenerador similar al propuesto para las nuevas instalaciones.

Descripción del sistema
El aerogenerador AIR 403 (Figs.5 y 6), utilizado en estos proyectos, es idóneo para un sistema híbrido de generación combinado con paneles fotovoltaicos (Fig.7 y 8), que al complementarse en el tiempo garantizan la carga constante de las baterías que suministran la energía a los consumidores (TV, lámparas, vídeo). De esta forma se amortiguan las fluctuaciones diarias y estacionales de ambas fuentes energéticas, lo que reduce los ciclos de descarga de las baterías y extiende su vida útil.

El funcionamiento de este sistema híbrido puede describirse, de forma simplificada, con las siguientes características:

- El sistema está integrado por dos subsistemas de generación eléctrica: paneles fotovoltaicos y aerogenerador.
 
 

Figs.5 y 6. Aerogeneradores, modelo AIR 403, utilizados en los sistemas híbridos eólico-fotovoltaicos que ya funcionan con éxito en tres escuelas rurales de la provincia más oriental de Cuba.

- En términos generales, diariamente puede manifestarse la presencia del Sol (de acuerdo con la nubosidad), del viento, o de ambos recursos energéticos.

- El banco de baterías requiere de recarga, debido al consumo de los equipos el día anterior.

Diariamente, con la presencia de una o ambas fuentes energéticas, se inicia el proceso de recarga del banco de baterías con la entrada de los paneles fotovoltaicos, el aerogenerador o ambos simultáneamente si las demandas del sistema lo requieren. Un controlador de carga común determina la necesidad de una intensidad de carga específica, resultando en un nivel de penetración parcial o total de cada fuente de acuerdo con su energía disponible y al régimen de carga requerido por el sistema. El proceso de carga del banco de baterías, en ausencia de una de las fuentes energéticas (Sol o viento), puede ser asumido por un mayor aporte de generación eléctrica del subsistema correspondiente a la fuente existente.

En el caso del aerogenerador, un sofisticado sistema de regulación de carga, acoplado en el interior del mismo, controla el régimen de carga al sistema, desconectando el equipo una vez alcanzada la carga idónea.

El aerogenerador desconectado queda en cortocircuito, situación en que es autofrenado, para regular el número de vueltas del rotor a un paso lento y silencioso y de esta forma evitar una sobre velocidad que pudiera provocar daños al equipo en caso de vientos fuertes. El regulador queda comprobando la caída de voltaje de la línea y el nivel de carga de las baterías a la espera de reiniciar el proceso de recarga.

Trabajo cooperado
La empresa ECOSOL Solar asumió la procuración de suministros y el diseño de los mástiles que soportan los aerogeneradores, cuya construcción se llevó a cabo por el Taller de la EMBELI en la provincia y supervisado por especialistas de ECOSOL Solar, quienes posteriormente realizaron el montaje con el apoyo y coordinación de la filial provincial de la Sociedad Cubana para la Promoción de las Fuentes Renovables de Energía y el Respeto Ambiental (CUBASOLAR). Un especialista de esta organización participó directamente y se adiestró durante el montaje de las instalaciones.


Figs.7 y 8. Paneles solares fotovoltaicos instalados en techos de las escuelas electrificadas con el sistema híbrido descrito en este artículo.

Una brigada de mantenimiento del Ministerio de Educación en la provincia realizó la fundición de las bases para los aerogeneradores, y se contó con el apoyo de la filial provincial de COPEXTEL S.A. en la transportación durante el recorrido inicial, el traslado de los constructores y el aseguramiento logístico.

Puesta en marcha
En la instalación del equipamiento se cumplieron rigurosamente todas las especificaciones y recomendaciones del fabricante para garantizar el óptimo funcionamiento de cada sistema.

Los sistemas híbridos instalados fueron probados satisfactoriamente, para lo cual se desconectó de las baterías cada fuente alternadamente, comenzando con el panel fotovoltaico, confirmándose que el aerogenerador efectúa la carga de forma satisfactoria, y después se realizó la prueba del panel fotovoltaico.

Estos sistemas híbridos no requieren de una infraestructura compleja para su implementación y con un mínimo de condiciones para su ubicación son capaces de lograr un trabajo de conjunto eficiente, lo que garantiza disponer de una mayor capacidad de generación eléctrica al complementar el aporte de los sistemas fotovoltaicos, aumentando las horas de uso del sistema y aprovechando energéticamente otro recurso renovable.  


Fig.8. En la exposición del Taller Internacional CUBASOLAR 2002 se mostraron diversas tecnologías y equipos para la electrificación rural, entre ellos, el aerogenerador AIR 403.