Sistemas Híbridos de Generación de Energía
Antecedentes
Desde hace años, la alimentación eléctrica de lugares aislados a los que resulta prohibitivo llevar la red, se ha realizado mediante sistemas generadores que utilizan combustible fósil (diesel, gasolina, gas licuado…). El viento y el sol son fuentes de energía omnipresentes, libremente disponibles y su uso puede hacerse de forma respetuosa con el medio ambiente. La progresiva reducción de los costes de los sistemas fotovoltaicos y eólicos, junto con el encarecimiento de los productos petrolíferos ha hecho que estas tecnologías sean ya competitivas no solo en los países en desarrollo con limitaciones en la red eléctrica, sino también en múltiples aplicaciones en países desarrollados. Aunque la disponibilidad de viento suficiente no esté asegurada en todas partes y este recurso sea más impredecible que la energía solar, la utilización combinada de estas fuentes de energía renovable presenta indudables ventajas de coste, flexibilidad y disponibilidad, limitando la dependencia de la energía producida por los combustibles fósiles.
Un sistema de energía híbrido consta de dos o más fuentes de energía para la alimentación de unas cargas o consumidores. Desde finales de los años 70 del siglo XX se ha combinado el uso de generadores diesel con sistemas eólicos para la alimentación de lugares aislados y posteriormente aparecieron sistemas diesel-fotovoltaicos, y diesel-eólicos-fotovoltaicos. La combinación de energías renovables, sin hacer uso de sistemas de generación de combustible fósil, se ha popularizado en aplicaciones remotas donde el ruido, espacio o mantenimiento de grupos electrógenos no es factible, y en los últimos años, el aumento sustancial de los precios de productos petrolíferos ha incrementado el atractivo de soluciones basadas solo en energías renovables. Sin embargo el uso de estos sistemas híbridos presenta retos específicos cuando la aplicación es de tipo profesional, en las que las exigencias del sistema (disponibilidad, operatividad, etc) son distintas a las que pueda demandar una aplicación doméstica. El objetivo de este documento es revisar el estado actual del conocimiento relacionado con el diseño, operación y control de los sistemas de autónomos de energía híbrida (solar + eólica) para uso profesional y ofrecer una serie de recomendaciones para su correcto dimensionado y uso.
Aplicación de los sistemas híbridos
Las aplicaciones más comunes de sistemas híbridos de tipo profesional son las relacionadas con sistemas de telecomunicaciones, sistemas de monitorización y telemedida, o señalización.
Estos equipos están situados en zonas alejadas de los núcleos urbanos, donde es costoso llevar la red eléctrica convencional. En muchas ocasiones su acceso es difícil, por lo que resulta muy caro el mantenimiento regular que requieren los grupos electrógenos. Son aplicaciones que tienen consumos entre 1 y 100 kWh diarios y que por sus características requieren buena disponibilidad. En sistemas con menor consumo las soluciones más comunes serían puramente solares o puramente eólicas, y para sistemas con consumos superiores sería habitual complementar con generadores que usen algún combustible fósil.
En los sistemas de telecomunicaciones se emplean en estaciones repetidoras y estaciones base de telefonía móvil, estaciones terrestres de satélite, gap-fillers de televisión, etc.
Estaciones repetidoras híbridas (solar-eólica)
Estación Base (BTS) de telefonía móvil (solar-eolica-diesel)
Gap-filler de TDT (solar-eólica)
Las instalaciones híbridas en sistemas de radio son especialmente favorables por diversas razones. Los sistemas de radio suelen estar ubicados en puntos altos para maximizar la cobertura o la visibilidad con los puntos de conexión, lo que hace que sean puntos con relativas buenas condiciones de viento, pero alejados de las vías principales. Por otro lado suelen ser ubicaciones donde está disponible una torre o mástil para la instalación de antenas, lo que en muchos casos permite aprovechar esta estructura para fijar el aerogenerador, reduciendo o haciendo compartir los gastos de una forma muy importante.
En el estudio Green Power for Mobile de la GSMA (asociación de todos los operadores GSM/UMTS a nivel mundial) del 2008, calcula que existían unas 1500 estaciones base alimentadas por energía renovable, y unas 10000 más planificadas. Estiman que hasta el 2012 cada año se instalarán unas 75000 nuevas estaciones sin conexión a red eléctrica en los países en vías de desarrollo y que de estas, un 50% se alimentarán con energías renovables, esencialmente solar y eólica.
Haga click para agrandar
Consideran que para una BTS con consumo de 800 W la inversión podría pagarse en tres años con una solución solo FV o solo eólica y 2.5 años si el sistema fuera híbrido (ver gráfico).
Los sistemas híbridos se utilizan de forma muy importante en aplicaciones de monitorización y de protección catódica en ubicaciones donde la producción solar y eólica pueda ser complementaria.
Aplicaciones de monitorización