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
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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). |
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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. |
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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.
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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. |
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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.
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- 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.
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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. |
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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.
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