Sistemas energéticos híbridos
La energía fotovoltaica es la conversión de la luz en electricidad mediante materiales semiconductores que presentan el efecto fotovoltaico, un fenómeno estudiado en física, fotoquímica y electroquímica. El efecto fotovoltaico se utiliza comercialmente para la generación de electricidad y como fotosensores.
Un sistema fotovoltaico emplea módulos solares, cada uno de ellos compuesto por un número de células solares, que generan energía eléctrica. Las instalaciones fotovoltaicas pueden estar montadas en el suelo, en la azotea, en la pared o ser flotantes. El montaje puede ser fijo o utilizar un seguidor solar para seguir al sol por el cielo.
Algunos esperan que la tecnología fotovoltaica produzca suficiente energía sostenible y asequible para ayudar a mitigar el calentamiento global causado por el CO2. La energía solar fotovoltaica tiene ventajas específicas como fuente de energía: una vez instalada, su funcionamiento no genera contaminación ni emisiones de gases de efecto invernadero, muestra una escalabilidad sencilla respecto a las necesidades de energía y el silicio tiene una gran disponibilidad en la corteza terrestre, aunque otros materiales necesarios en la fabricación de sistemas fotovoltaicos, como la plata, acabarán limitando el crecimiento de la tecnología. Otras limitaciones importantes que se han identificado son la competencia por el uso del suelo y la falta de mano de obra para realizar las solicitudes de financiación[1]. El uso de la energía fotovoltaica como fuente principal requiere sistemas de almacenamiento de energía o la distribución global por medio de líneas eléctricas de corriente continua de alta tensión, lo que supone costes adicionales, y también tiene otras desventajas específicas como la generación de energía inestable y la necesidad de que las compañías eléctricas compensen el exceso de energía solar en el mix de suministro con fuentes de energía convencionales más fiables para regular los picos de demanda y la posible falta de suministro. La producción y la instalación provocan contaminación y emisiones de gases de efecto invernadero, y no hay sistemas viables para reciclar los paneles una vez que han llegado al final de su vida útil, después de 10 a 30 años.
Simulación de un sistema híbrido solar-eólico
7 de noviembre de 2016 – ¿Qué impide que la energía solar y la eólica se apoderen totalmente de la red eléctrica? Para empezar, el sol solo brilla durante el día. El viento sopla de forma intermitente, es variable estacionalmente y no siempre sopla cuando se necesita la energía. ¿Pero qué pasa si la energía solar y la eólica trabajan juntas? “El recurso eólico tiende a complementar el recurso solar”, dice Sarah Kurtz, del Laboratorio Nacional de Energías Renovables del Departamento de Energía de Estados Unidos. “Aquí en Colorado, por ejemplo, la época más ventosa es durante los meses de invierno y primavera. En invierno, no tenemos tanto sol, pero solemos tener más viento y más fuerte”.
Un puñado de promotores emprendedores de energías renovables están estudiando cómo la energía solar y la eólica podrían funcionar mejor juntas, desarrollando proyectos híbridos de energía solar y eólica para aprovechar las ventajas de cada una de ellas en la generación de energía, con lo que las dos tecnologías en tándem serían un mejor sustituto de los combustibles fósiles que calientan el clima que cualquiera de ellas por separado.
En las onduladas llanuras al oeste de la Gran Cordillera Divisoria de Australia, se espera que comience la construcción de un parque solar de 10 megavatios adyacente a 73 turbinas eólicas que ya están en funcionamiento. Según la Agencia Australiana de Energías Renovables (ARENA), que ha invertido 9,9 millones de dólares australianos en el proyecto, situado a un par de horas en coche al suroeste de Sídney, la ubicación conjunta de la energía solar y la eólica proporciona una generación de energía más continua que la de cualquiera de las dos tecnologías por separado.
Diseño del sistema híbrido solar-eólico
Los aerogeneradores funcionan según un principio sencillo: en lugar de utilizar la electricidad para hacer viento -como un ventilador-, los aerogeneradores utilizan el viento para producir electricidad. El viento hace girar las palas de la turbina, parecidas a las hélices, alrededor de un rotor, que hace girar un generador que crea electricidad.
Los aerogeneradores de eje horizontal son los que la mayoría de la gente imagina cuando piensa en turbinas eólicas; suelen tener tres palas y funcionan “contra el viento”, con la turbina girando en la parte superior de la torre para que las palas estén orientadas hacia el viento.
Los aerogeneradores de eje vertical existen en varias variedades, como el modelo Darrieus, de estilo batidor de huevos, que lleva el nombre de su inventor francés, y son omnidireccionales, lo que significa que no es necesario ajustarlos para que apunten hacia el viento para funcionar.
El tamaño de los aerogeneradores terrestres oscila entre los 100 kilovatios y los varios megavatios. Los aerogeneradores más grandes son más rentables y se agrupan en centrales eólicas, que suministran energía a la red eléctrica.
Muchas de las turbinas utilizadas en aplicaciones distribuidas son pequeños aerogeneradores. Los aerogeneradores pequeños -de menos de 100 kilovatios- suelen utilizarse en aplicaciones residenciales, agrícolas, comerciales e industriales.
Sistema híbrido fotovoltaico-eólico
En gran parte de Estados Unidos, la velocidad del viento es baja en verano, cuando el sol brilla más y durante más tiempo. El viento es fuerte en invierno, cuando hay menos luz solar disponible. Dado que las horas punta de funcionamiento de los sistemas eólicos y solares se producen en momentos diferentes del día y del año, los sistemas híbridos tienen más posibilidades de producir energía cuando se necesita.
Muchos sistemas híbridos son sistemas autónomos, que funcionan “fuera de la red”, es decir, no están conectados a un sistema de distribución de electricidad. Para los momentos en los que ni el viento ni el sistema solar están produciendo, la mayoría de los sistemas híbridos proporcionan energía a través de baterías y/o un motor generador alimentado por combustibles convencionales, como el gasóleo. Si las baterías se agotan, el motor-generador puede proporcionar energía y recargar las baterías.
Añadir un motor-generador hace que el sistema sea más complejo, pero los modernos controladores electrónicos pueden hacer funcionar estos sistemas automáticamente. Un motor-generador también puede reducir el tamaño de los demás componentes necesarios para el sistema. Hay que tener en cuenta que la capacidad de almacenamiento debe ser lo suficientemente grande como para abastecer las necesidades eléctricas durante los periodos sin carga. Los bancos de baterías suelen estar dimensionados para suministrar la carga eléctrica de uno a tres días.