Hoy en el mundo se promueve cada vez más el uso de energías renovables, entre las cuales la solar es una de las de mayor proyección en países como Colombia. Con esta tecnología, los paneles solares toman la energía proveniente del Sol y la convierten en electricidad, pero de esta solo se usa alrededor del 15 %. Un sistema de conversión de energía eléctrica diseñado en la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Manizales mejoraría su eficiencia.
Elkin Edilberto Henao Bravo, doctor en Ingeniería (Línea de
Investigación en Automática) de la UNAL Sede Manizales, explica que “mejorar la
eficiencia de los paneles solares permite disminuir las pérdidas en el sistema
eléctrico y así tener mayor disponibilidad de energía proveniente de estos
dispositivos para su disposición final”.
Los sistemas de conversión de energía eléctrica –conocidos
como circuito convertidor– son una conexión de componentes eléctricos como
capacitores, inductores, fuentes o almacenadores, por donde pasa la energía
proveniente del panel solar para convertirse en corriente eléctrica alterna o
continua y así cumplir con el abastecimiento de energía.
Los paneles solares estudiados son los más pequeños o individuales
y se ubican en espacios abiertos como terrazas, tejados o patios de una
vivienda.
Estos se utilizan de manera conjunta con baterías, para
encender o cargar dispositivos electrónicos o iluminar automáticamente las
casas durante la noche, es decir que no requieren de una alimentación por cable
a otra fuente eléctrica.
Por lo general los paneles solares se fabrican para entregar
una potencia que va desde 45hasta más de 800 vatios según su tamaño, aunque la
mayoría entregan entre 12 y 35 voltios, suficientes para cargar o encender
dispositivos electrónicos como celulares, computadores o bombillas.
“Este es un problema que se puede solucionar localmente,
pero que impacta nacional e incluso internacionalmente. Por eso se busca que
estas energías eléctricas renovables ofrezcan soluciones aisladas durante un
episodio de mayor impacto como apagones o tormentas”, señala el experto.
Buscando más eficacia
Estos se utilizan de manera conjunta con baterías, para
encender o cargar dispositivos electrónicos o iluminar automáticamente las
casas durante la noche, es decir que no requieren de una alimentación por cable
a otra fuente eléctrica.
Por lo general los paneles solares se fabrican para entregar
una potencia que va desde 45hasta más de 800 vatios según su tamaño, aunque la
mayoría entregan entre 12 y 35 voltios, suficientes para cargar o encender
dispositivos electrónicos como celulares, computadores o bombillas.
“Este es un problema que se puede solucionar localmente,
pero que impacta nacional e incluso internacionalmente. Por eso se busca que
estas energías eléctricas renovables ofrezcan soluciones aisladas durante un
episodio de mayor impacto como apagones o tormentas”, señala el experto.
Buscando más eficacia
Después de aplicar una serie de ecuaciones y variables, el
ingeniero determinó que la solución al suministro de energía eléctrica se da
especialmente en los convertidores, para lo cual utilizó un convertidor de
potencia (DAB) que mantiene una salida de tensión de corriente continua, más
alta que su entrada, para manipular la energía generada por el panel solar.
“Es común que para aumentar el voltaje los paneles solares
se conecten en serie (uno seguido del otro), y para aumentar la potencia
energética se pongan en paralelo (uno frente al otro); sin embargo, estas
conexiones pueden presentar problemas como mismatching (desajuste),
es decir que no se tiene una irradiación y temperatura igual para todos los
paneles, lo cual puede generar daños entre ellos, algo similar a lo que ocurre
cuando se empiezan a dañar las luces navideñas”, explica.
Por eso propone una conexión de paneles en estructura
distribuida (MPPT), que hace referencia al circuito que permite extraer la
máxima cantidad de energía de cada panel, un potencial que se puede almacenar
en bancos de baterías de plomo-ácido –como las de los carros– o de ion de litio
para garantizar la estabilidad de la red eléctrica.
Como es necesario usar baterías, también propone usar un
cargador/descargador basado en un circuito Zeta/Sepic, el cual permite guardar
en las baterías la energía que sobra y entregarla cuando se vaya agotando la de
los paneles. Así se puede garantizar una red eléctrica estable que permita el
uso final de la energía en todo momento.
El experto indica que “en la fase de almacenamiento de
energía, el circuito Zeta/Sepic se debe controlar para que las baterías
entreguen o reciban energía en el momento que se requiera”.
“También debe permitir la operación stand-by,es
decir cuando las baterías ni se cargan ni se descargan,lo que ocurre cuando no
hay dispositivos conectados pidiendo energía y los paneles no producen energía,
como puede pasar en las noches”.
La simulación de los circuitos y sus controladores se
desarrolló bajo un programa de licencia paga para el análisis de circuitos
eléctricos de potencia que incluye paneles solares y baterías; los experimentos
se realizaron en el Laboratorio de Electrónica y Energías Renovables de la
Institución Universitaria de Alta Calidad ITM de Medellín.
La investigación forma parte del proyecto “Dimensionamiento,
planeación y control de sistemas eléctricos basados en fuentes renovables no
convencionales, sistemas de almacenamiento y pilas de combustible para
incrementar el acceso y la seguridad energética de poblaciones colombianas”, adscrito
al programa “Estrategias para el desarrollo de sistemas energéticos
sostenibles, confiables, eficientes y asequibles para el futuro de Colombia”,
financiado por el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación, el ITM, la
Universidad del Valle y la UNAL.
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