Energía eólica

Introducción
Energía eólica es la energía obtenida del viento, o sea, la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire, y que es transformada en otras formas útiles para las actividades humanas. La energía eólica ha sido aprovechada desde la antigüedad para mover los barcos impulsados por velas o hacer funcionar la maquinaria de molinos al mover sus aspas. En la actualidad, la energía eólica es utilizada principalmente para producir energía eléctrica mediante aerogeneradores. A finales de 2007, la capacidad mundial de los generadores eólicos fue de 94.1 giga vatios. Mientras la eólica genera alrededor del 1% del consumo de electricidad mundial, representa alrededor del 19% de la producción eléctrica en Dinamarca, 9% en España y Portugal, y un 6% en Alemania e Irlanda (Datos del 2007).La energía eólica es un recurso abundante, renovable, limpio y ayuda a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero al reemplazar termoeléctricas a base de combustibles fósiles, lo que la convierte en un tipo de energía verde. Sin embargo, el principal inconveniente es su intermitencia.

Historia
Un molino es una máquina que transforma el viento en energía aprovechable, que proviene de la acción de la fuerza del viento sobre unas aspas oblicuas unidas a un eje común. El eje giratorio puede conectarse a varios tipos de maquinaria para moler grano, bombear agua o generar electricidad. Cuando el eje se conecta a una carga, como una bomba, recibe el nombre de molino de viento. Si se usa para producir electricidad se le denomina generador de turbina de viento. Los molinos tienen un origen remoto.La referencia más antigua que se tiene es un molino de viento que fue usado para hacer funcionar un órgano en el siglo I era común. Los primeros molinos de uso práctico fueron construidos en Sistán, Afganistán, en el siglo VII. Estos fueron molinos de eje vertical con hojas rectangulares. Aparatos hechos de 6 a 8 velas de molino cubiertos con telas fueron usados para moler maíz o extraer agua.
En Europa
En Europa los primeros molinos aparecieron en el siglo XII en Francia e Inglaterra y se distribuyeron por el continente. Eran unas estructuras de madera, conocidas como torres de molino, que se hacían girar a mano alrededor de un poste central para levantar sus aspas al viento. El molino de torre se desarrolló en Francia a lo largo del siglo XIV. Consistía en una torre de piedra coronada por una estructura rotativa de madera que soportaba el eje del molino y la maquinaria superior del mismo. Estos primeros ejemplares tenían una serie de características comunes. De la parte superior del molino sobresalía un eje horizontal. De este eje partían de cuatro a ocho aspas, con una longitud entre 3 y 9 metros. En Europa los primeros molinos aparecieron en el siglo XII en Francia e Inglaterra y se distribuyeron por el continente. Eran unas estructuras de madera, conocidas como torres de molino, que se hacían girar a mano alrededor de un poste central para levantar sus aspas al viento. El molino de torre se desarrolló en Francia a lo largo del siglo XIV. Consistía en una torre de piedra coronada por una estructura rotativa de madera que soportaba el eje del molino y la maquinaria superior del mismo. Estos primeros ejemplares tenían una serie de características comunes. De la parte superior del molino sobresalía un eje horizontal. De este eje partían de cuatro a ocho aspas, con una longitud entre 3 y 9 metros. La energía generada por el giro del eje se transmitía, a través de un sistema de engranajes, a la maquinaria del molino emplazada en la base de la estructura. Los molinos de eje horizontal fueron usados extensamente en Europa Occidental para moler trigo desde la década de 1180 en adelante.

Producción por países

Capacidad total de energía eólica instalada (fin de año y últimas estimaciones)
		Capacidad (MW)
Posición	País	2006	2005	2004
1	Alemania	20.622	18.428	16.628
2	España	11.730	10.028	8.504
3	USA	11.603	9.149	6.725
4	India	6.270	4.430	3.000
5	Dinamarca	3.136	3.128	3.124
6	China	2.405	1.260	764
7	Italia	2.123	1.717	1.265
8	Reino Unido	1.963	1.353	888
9	Portugal	1.716	1.022	522
10	Francia	1.567	757	386
	Total mundial	73.904	58.982	47.671

Capacidad eólica mundial total instalada y previsiones 1997-2010. Fuente: WWEA e.V.

Existe una gran cantidad de aerogeneradores operando, con una capacidad total de 73.904 MW, de los que Europa cuenta con el 65% (2006). El 90% de los parques eólicos se encuentran en Estados Unidos y Europa, pero el porcentaje de los cincos países punteros en nuevas instalaciones cayó del 71% en 2004 al 55% en 2005. Para 2010, la Asociación Mundial de Energía Eólica (World Wind Energy Association) espera que hayan instalados 160.000 MW, lo que implicaría un crecimiento anual más del 15%.En 2006, la instalación de 7,588 MW en Europa supuso un incremento del 23% respecto a la de 2005.Alemania, España, Estados Unidos, India y Dinamarca han realizado las mayores inversiones en generación de energía eólica. Dinamarca es, en términos relativos, la más destacada en cuanto a fabricación y utilización de turbinas eólicas, con el compromiso realizado en los años 1970 de llegar a obtener la mitad de la producción de energía del país mediante el viento. Actualmente genera más del 20% de su electricidad mediante aerogeneradores, mayor porcentaje que cualquier otro país, y es el quinto en producción total de energía eólica, a pesar de ser el país número 56 en cuanto a consumo eléctrico.

Fundamentos

La Energía Eólica aprovecha la parte de la radiación solar que es absorbida por la atmósfera y transformada en energía cinética. Se estima que la energía contenida en los vientos es aproximadamente el 2% del total de la energía solar que alcanza la tierra, lo que supone dos billones y medio de toneladas equivalentes de carbón al año. Aunque en la práctica, sólo puede ser utilizada una parte muy pequeña de esta cantidad, la Energía Eólica reúne buenas características para un aprovechamiento rentable. El viento es una consecuencia de la radiación solar. Las diferencias de insolación entre distintos puntos del planeta generan diferentes áreas térmicas y los desequilibrios de temperatura se traducen en variaciones de presión. El aire se mueve desde las zonas de alta presión a las de baja presión.

Nuevo impulso a la energía eólica en Canarias

El Gobierno de Canarias intenta ponerse al día en cuanto a energías renovables después de unos años de "sequía"-encabezados por la trama de los concursos eólicos-, y paliar así que Canarias sea una de las comunidades con menos penetración de la energía eólica cuando algunas de sus islas son de las zonas con más viento de Europa.Según el actual Plan Energético de Canarias (PECAN), en 2015 el 35% de la población de Canarias podría ser abastecida con energía eólica, multiplicándose por 10 la potencia actual. Para ello en breve el Ejecutivo canario adjudicará los primeros 440 MW y antes de finalizar el año saldrá un nuevo concurso para repartir otros 560 MW.Habrá que ver cómo se desarrolla el PECAN y si se cumplen los objetivos, puesto que parece que estos son algo altos, visto la dinámica que se venía desarrollando hasta ahora.

Las energias renovables

Energía hidráulica
Biomasa
Energía solar
Energía eólica
Energía geotérmica
Energía mareomotriz

Historia y fundamentos de las celulas fotovoltaicas

El efecto fotovoltaico fue reconocido por primera vez en 1839 por el físico francés Alexadre-Edmond Becquerel. Sus estudios sobre el espectro solar, magnetismo, electricidad y óptica son el pilar científico de la energía fotovoltaica. En 1883 el inventor norteamericano Charles Fritts construye la primera celda solar con una eficiencia del 1%. La primera celda solar fue construida utilizando como semiconductor el Selenio con una muy delgada capa de oro. Debido al alto costo de esta celda se utilizó para usos diferentes a la generación de electricidad. Las aplicaciones de la celda de Selenio fueron para sensores de luz en la exposición de cámaras fotográficas. La celda de Silicio que hoy día utilizan proviene de la patente del inventor norteamericano Russell Ohl. Fue construida en 1940 y patentada en 1946. La época moderna de la celda de Silicio llega en 1954 en los Laboratios Bells. Accidentalmente experimentando con semiconductores se encontró que el Silicio con algunas impurezas era muy sensitivo a la luz.

Celulas y paneles fotovoltaicos

Fotovoltaica es la conversión directa de luz en electricidad a nivel atómico. Algunos materiales presentan una propiedad conocida como efecto fotoeléctrico que hace que absorban fotones de luz y emitan electrones. Cuando estos electrones libres son capturados, el resultado es una corriente eléctrica que puede ser utilizada como electricidad.

El primero en notar el efecto fotoeléctrico fué el físico francés Edmundo Bequerel, en 1839. Él encontró que ciertos materiales producían pequeñas cantidades de corriente eléctrica cuando eran expuestos a la luz. En 1905, Albert Einstein describió la naturaleza de la luz y el efecto fotoeléctrico, en el cual está basada la tecnología fotovoltaica. Por este trabajo, se le otorgó más tarde el premio Nobel de física. El primer módulo fotovoltaico fue construido en los Laboratorios Bell en 1954. Fue descrito como una batería solar y era más que nada una curiosidad, ya que resultaba demasiado costoso como para justificar su utilización a gran escala. En la década de los 60´s, la industria espacial comenzó por primera vez a hacer uso de esta tecnología para proveer la energía eléctrica a bordo de las naves espaciales. A través de los programas espaciales, la tecnología avanzó, alcanzó un alto grado de confiabilidad y se redujo su costo. Durante la crisis de energía en la década de los 70´s, la tecnología fotovoltaica empezó a ganar reconocimiento como una fuente de energía para aplicaciones no relacionadas con el espacio.

http://www.casaactual.com/articulo.asp?Id=190

Acumuladores

Decimos que los acumuladores o baterias es un dispositivo capaz de transforma una energía pontecial en energía eléctrica. Esta capacidad es el producto de la intensidad de descarga por el tiempo que esta actua.Al acumulador que se utiliza para paneles solares se le debe exigir unas codiciones basicas.

-Aceptar todas las corrientes de carga que suministra el panel solar
-Mantenimiento minimo o nulo.
-Facil transporte e instalación
-Baja actua descarga
-Rendimiento elevado
-Larga vida.

Datos necesarios para un acumulador adecuado

-La tensión de funcionamiento
-Temperatura media y minima de funcionamiento
-Dias consecutivos en los que se pueden repetir bajas tempraturas
-Tipos de regular usado
-Facilitar el acesso de montaje y mantenimiento

Baterías de níquel-cadmio(Ni-Cd): Utilizan un ánodo de hidróxido de níquel y un cátodo de un compuesto de cadmio. El electrolito es de hidróxido de potasio. Esta configuración de materiales permite recargar la batería una vez está agotada, para su reutilización. Cada célula de NiCd puede proporcionar un voltaje de 1,2 V y una capacidad entre 0,5 y 2,3 Ah. Sin embargo, su densidad de energía es de tan sólo 50 Wh/kg, lo que hace que tengan que ser recargadas cada poco tiempo. También se ven afectadas por el efecto memoria.

Las primeras baterías de plomo-ácido (acumuladores de plomo), fueron fabricadas a mediados del siglo XIX por Gaston Planté. Hoy en día todavía son uno de los tipos de baterías más comunes. Se descubrió que cuando el material de plomo se sumergía en una solución de ácido sulfúrico se producía un voltaje eléctrico el cual podía ser recargado.Este tipo de baterías es único en cuanto que utiliza el plomo, material relativamente barato, tanto para la placa positiva como para la negativa.El material activo de la placa positiva es óxido de plomo (PbO2).El de la placa negativa es plomo puro esponjoso y el electrolito está disuelto en (H2SO4).Cuando hablamos de material activo en las baterías de ácido de plomo,nos referimos al óxido de plomo y al plomo esponjoso.

Reguladores de carga

Regulador de carga.
Los reguladores de carga son los aparatos, electrónicos hoy en día, que enlazan los paneles fotovoltaicos con las baterías. Tienen dos funciones por cumplir, una de ellas es evitar que la batería se descargue sobre los paneles fotovoltaicos; y la otra, es evitar que las propias baterías se sobrecarguen o descarguen más de lo necesario. Los reguladores de carga más modernos cuentan con un microprocesador para realizar dichas tareas.
El funcionamiento es muy simple, el regulador de carga controla constantemente la tensión de la batería, cuando la batería alcanza el máximo de su capacidad, entonces, el regulador de carga interrumpe el proceso de carga.
Para evitar la descarga de la batería sobre los paneles fotovoltaicos, con un diodo sería suficiente.
Existen dos tipos de reguladores de carga en el mercado:

Regulador de carga de una etapa.
Como el subtítulo indica, solamente trabajan en una de las funciones descritas anteriormente. O bien controlan la carga o la descarga, nunca las dos. Son los más económicos y los más sencillos. Pero para una instalación de paneles solares necesitaríamos tener dos.

Regulador de carga de dos etapas.
Los modernos incorporan un microprocesador. Controlan las dos funciones, tanto la carga como la descarga de la batería. Son bastante más caros, aún así, son los usados en las huertas solares.

Otros equipos para uso en sistema fotovoltaico

Existe en el mercado fotovoltaico una gran variedad de fabricantes y modelos de módulos solares.Según el tipo de material empleado para su fabricación, se clasifican en:Módulos de silicio monocristalino: son los más utilizados debido a su gran confiabilidad y duración, aunque su precio es ligeramente mayor que los otros tipos.• Módulos de silicio policristalino: son ligeramente más baratos que los módulos de silicio monocristalino, aunque su eficiencia es menor.• Módulos de silicio amorfo: tienen menor eficiencia que los 2 anteriores, pero un precio mucho menor. Además son delgados y ligeros, hechos en forma flexible, por lo que se pueden instalar como parte integral de un techo o pared.

Estructura soportes para paneles fotovoltaicas

Estos elementos son:- Cubierta exterior de cara al Sol. Es de vidrio que debe facilitar al máximo la transmisión de la radiación solar. Se caracteriza por su resistencia mecánica, alta transmisividad y bajo contenido en hierro.
- Encapsulante. De silicona o más frecuentemente EVA (etilen-vinil-acetato). Es especialmente importante que no quede afectado en su transparencia por la continua exposición al sol, buscándose además un índice de refracción similar al del vidrio protector para no alterar las condiciones de la radiación incidente.
- Protección posterior. Igualmente debe dar rigidez y una gran protección frente a los agentes atmosféricos. Usualmente se emplean láminas formadas por distintas capas de materiales, de diferentes características.
- Marco metálico. De Aluminio, que asegura una suficiente rigidez y estanqueidad al conjunto, incorporando los elementos de sujeción a la estructura exterior del panel. La unión entre el marco metálico y los elementos que forman el modulo está realizada mediante distintos tipos de sistemas resistentes a las condiciones de trabajo del panel.
- Cableado y bornas de conexión. Habituales en las instalaciones eléctricas, protegidos de la intemperie por medio de cajas estancas.
- Diodo de protección. Su misión es proteger contra sobre-cargas u otras alteraciones de las condiciones de funcionamiento de panel.Los Panel solares tienen entre 28 y 40 células, aunque lo más típico es que cuenten con 36. La superficie del panel o modulo puede variar entre 0.1 y 0.5m2 y presenta dos bornas de salida, positiva y negativa, a veces tienen alguna intermedia para colocar los diodos de protección.Normalmente, los paneles utilizados, están diseñados para trabajar en combinación con baterías de tensiones múltiplo de 12V, como veremos en la sección dedicada al acumulador.

Calculo de la instalacion

Ejemplo como se calcula un calculo de un vivienda solar fotovoltaica
Calculo de sistemas solares fotovoltaica para viviendas aisladas

Una de las mayores fabricaciones en España de la energía solar fotovoltaica se centra precisamente en la iluminación de viviendas, casas de campo, refugios o naves de ganado donde el costo de una acometida eléctrica es demasiado cara.
Otro elemento fundamental en una instalacisn fotovoltaica son las batermas que se encuentran tambiin muy ligadas al uso y situacisn de la instalacisn. De esta forma cuanto mayor sea la posibilidad de dmas nublados, mayor sera la capacidad de la baterma y viceversa. Como regla general no deberan calcularse menos de 5 dmas de autonomma de la baterma aumentandose a 8 o 10 dmas en zonas de abundante nubosidad.
Para definir el numero de paneles necesarios se partira de la corriente por msdulo en el caso de las cilulas cuadradas de 95 por 95 mm es de 2,4 amperios. Este valor puede variar en funcisn del tipo de msdulo utilizado por lo que se considera este caso variable

Ejemplo de calculo de paneles para una vivienda de fines de semana

En Madrid utilizacisn sabados y domingos todo el dma

Comedor aplique fluorescente 20w-12v-5h/dma-2dias= 16 Ah/semana.

Cocina aplique fluorescente 20w-12v-2h/dma-2dmas= 6 Ah/semana.

Dormitorios " " 3*20w-12v-1/2h/dma-2dmas= 4,8 Ah/semana.

WC " " 15w-12v-1h/dma-2dmas =2,5 Ah/semana.

TV " " 25w-12v-5h/dma-2dmas =20,8Ah/semana.

Bomba de agua 60w-12v-1h/dma-1dma =5Ah/semana.



TOTAL 55,5 Ah/semana





Los datos disponibles de radiacisn para Madrid nos indican una media anual de horas sol pico de 4,72 para una inclinacisn de 45: y orientados al sur por lo tanto un msdulo de 2,4 amperios nos producira

4,72 horas sol pico * 2,4 A= 10,32 A/pico *7 dmas = 74,24 Ah/sem,

Luego el nzmero de msdulos sera:

N: msdulos= consumo/produccisn del msdulo


N: msdulos= 55,5 Ah de consumo/74,24 de produccisn= Aprox 1 panel