farola eolica solar

8/15/2019 Farola eolica Solar

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En los últimos años ha habidoun interés creciente en lossistemas autónomos de ilu-minación pública. Existen ex-

celentes luminarias con paneles foto-

voltaicos asociados a las mismas quegarantizan un funcionamiento autóno-mo bajo ciertas condiciones: sol abun-dante y ausencia de nubes. En paraleloexisten algunos sistemas que utilizanuna turbina eólica que realiza la mismatarea: almacenar energía eléctrica paraser usada posteriormente, ¿Pero quépasa en aquellas zonas en las que lashoras de sol no pueden garantizar unaautonomía razonable? ¿Y en las zonasdonde no puede garantizarse un núme-ro de horas de viento suficiente? ¿O unmínimo de velocidad del viento quepueda accionar la turbina? Los siste-mas actuales basados en turbinas eóli-cas empiezan a producir electricidadpara vientos de velocidad no menor a3…4 m/s, lo que imposibilita su utiliza-ción en zonas con vientos de rango bajo (1..2 m/s) como los que pueden exis-tir en zonas urbanas o semiurbanas(polígonos industriales, etc.)

INTRODUCCION

Fruto de 4 años de investigación en-tre la Universidad Politécnica de Cata-lunya y la empresa EOLGREEN se hadesarrollado una luminaria autónomaque une los dos conceptos para obte-ner una autonomía total de la red públi-ca y unas condiciones de trabajo mejo-radas y optimizadas respecto a los

desarrollos existentes. El sistema com-pleto (figura 1) esta formado por los si-guientes elementos:

• Una turbina eólica de eje vertical y ungenerador eléctrico asociado a la mis-ma.• Un panel fotovoltaico.• Un sistema de control/regulador• Una batería• Una Luminaria

El funcionamiento del sistema com-pleto es relativamente simple: la ener-

gía generada por el panel fotovoltaico ypor el generador asociado a la turbina,cuando hay viento suficiente (a partirde 1.5 m/s) es gestionado por el regu-lador de forma que cuando la luminariaestá en funcionamiento la energía seutiliza para hacer funcionar la misma; el

exceso de energía se almacena en labatería para ser usada en los casos enque no haya viento o sol suficiente para

EQUIPAMIENTO Y SERVICIOS MUNICIPALES • PRIMER TRIMESTRE 2015

Iluminación pública conenergía eólica y solar

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Ramón Bargalló

Catedrático

ESCUELA UNIVERSITARIA EUETIB


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generar la energía que precisa la lumi-naria. Con las luminarias instaladas segarantiza que la batería tiene energíasuficiente para alimentar la misma du-rante un período de 6 días sin viento nisol; algo prácticamente imposible en larealidad de nuestro país.

ESPECIFICACIONES TECNICAS

DEL SISTEMA DESARROLLADO.

Las especificaciones técnicas del sis-tema desarrollado son las siguientes:

La turbina, de eje vertical, está for-mada por 4 palas (naca F104) realiza-das con composites y recubierta depintura al grafeno, que presenta la ca-racterística de impedir que se deposi-ten materiales sobre la misma con loque su limpieza en zonas marinas ycontaminadas resulta mucho mássencilla. Arranca con vientos de 1.4m/s, con un par mínimo de 0.2 Nm ytiene asociado un freno de seguridadque detiene la turbina para vientos develocidad superior a 15m/s (54 km/h)En las figuras 2 y 3 puede verse una

imagen de la turbina y de la estructurainterna de la pala.

El generador es una máquina reali-zada con imanes permanentes y rotor

exterior, que empieza a generar a par-tir de velocidades de viento corres-pondientes a 1.7 m/s, tiene una po-tencia de pico de 400 W y ha sidooptimizado para obtener eficienciasenergéticas elevadas para velocidadesmuy bajas, en contraposición con loque se encuentra normalmente en elmercado en que las eficiencias eleva-das son para velocidades medias yelevadas.

En las figuras 5 y 6 pueden observar-se las potencias como función de la ve-locidad del viento y la eficiencia del ge-nerador en función de la mismavariable. Obsérvese que se obtieneneficiencias superiores al 85% en prácti-camente toda la gama de velocidadesdeseadas. En las figuras 7 y 8 se mues-tran las mismas variables para regíme-nes de vientos pequeños como los quesuelen presentarse en muchas zonasurbanas. Obsérvese la magnitud de lapotencia generada (entre 5 y 40 W,más que suficiente para alimentar unaluminaria con tecnología LED)

La batería es de tecnología Li-Fe (co-mo las usadas en los vehículos eléctri-cos) por su gran densidad de energía ybajo mantenimiento. Está tiene una co-rriente nominal de 100 Ah, cada ele-mento tiene un voltaje nominal de 3.5V y una potencia máxima del conjuntode 2640 W. Con esta potencia se ga-

rantiza una autonomía de 6 noches sinaporte energético externo.

Las placas fotovoltaicas son de tec-nología policristalina con una poten-cia de 100W por unidad. Inicialmentese han instalado dos unidades por lu-minaria.

El sistema de control se encarga degestionar el flujo de energía de formaque la energía generada por cualquierade los dos elementos se canalice hacia

la luminaria y el exceso hacia la bate-ría. En caso de regímenes de vientoelevados se encarga de realizar un

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NUEVO SISTEMA DE ILUMINACIÓN PÚBLICA CON ENERGÍA EÓLICA Y SOLAR

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Figura 1. Componentes del sistema desarrollado

Figura 2. Turbina

Figura 3. Estructura de la turbina


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Frenado eléctrico de la turbina con elfin de proteger su integridad física.Asimismo incorpora un punto de tele-control de datos con lo que se transmi-ten los datos de generación, consumoe internos del sistema (tensiones, co-rrientes, vientos, etc.) al centro de con-

trol de las luminarias.Finalmente la luminaria es de tecno-

logía LED con una tensión nominal de24 V y potencias de 31 y 45 W en fun-ción de la altura de la luminaria.

Asimismo, el sistema contempla laposibilidad de monitorizar a distanciael estado de las diversas luminarias.Se a creado una aplicación web (figura9) donde puede visualizarse el estadode funcionamiento de la luminaria y el

histórico de funcionamiento de lamisma. En la figura 10 puede verseparte del listado correspondiente a

una luminaria instalada en un polígo-no industrial de Sant Boi de Llobregat(Barcelona)

En las figuras 11, 12 y 13 puede ob-servarse gráficamente la evolución dela carga de la batería, la energía gene-rada y consumida y el registro de regí-

menes de viento para un intervaloaproximado de una semana.

En las fotos de la luminaria instaladaen el polígono industrial de Sant Boi deLlobregat, puede observarse que debi-do a la densidad de edificios circun-dantes, los regímenes de viento sonmuy poco constantes (obsérvese la fi-gura 13) con lo que la energía aportadapor el sistema eólico es pequeña, perono despreciable.

En la figura 12 se muestra una turbi-na acabada de construir, preparada pa-ra ser instalada en una luminaria.

CONCLUSIONES Y MEJORAS DE

FUTURO

Actualmente el sistema se encuen-tra totalmente desarrollado y comer-cializado. Ya existen encargos de dife-rentes ayuntamientos de diversos

puntos del estado (Huelva, Barcelona,Girona, etc.) A la vista de los resulta-dos obtenidos se han realizado las si-guientes consideraciones:

• La energía disponible es suficientepara alimentar la luminaria, existiendoun exceso de la misma que puede serusada para otras aplicaciones, comopuede ser la instalación de cámaras devigilancia, con transmisión de datos a

un centro de control centralizado.• Se está estudiando la posibilidad dedesarrollar una versión más sencilla

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Figura 5. Potencia generada como función de la velocidad del viento Figura 6. Eficiencia trabajando a potencia máximacomo función de la velocidad del viento

Figura 7.Potencia máxima como función de la velocidadpara regímenes de viento pequeños

Figura 8. Eficiencia trabajando a potencia máxima como función de lavelocidad del viento para regímenes de viento pequeños


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con un generador más pequeño (po-

tencia nominal de alrededor de 100 W,con regímenes de viento menoresaún) y una sola placa fotovoltaica.• La diferencia de coste comparadacon una luminaria clásica se amortizaen un t iempo más que razonable(2….3 años) con lo que el ahorro deenergía si se considera la vida útil dela luminaria es apreciable ya que alcoste de energía no consumida hayque añadirle el coste de la realización

de la distribución de energía eléctricaque no debe realizarse en este caso.

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Figura 9. Monitorización del estado de la luminaria

Figura 10. Histórico de funcionamiento para la luminaria instalada

Figura 11. Carga de la batería

Figura 12. Carga acumulada en labatería y energía consumida

Figura 11. Regímenes de viento en una semana

Figura 12. Turbina acabada de construir

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