11 octubre 2020 
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Escrito por: Carlos Gerardo Béjar Ramírez
Introducción.
En el siguiente artículo, vamos a exponer un tipo de instalación de energías renovables que puede resultar, en muchas ocasiones, la solución doméstica óptima. Concretamente, veremos la instalación de tipo híbrido solar – eólica.
Esta instalación, combina la energía del sol para la obtención de energía eléctrica mediante paneles fotovoltaicos, y la energía del viento para la obtención de electricidad mediante turbina eólica.
Lo que se pretende conseguir con este tipo de instalaciones, es un suministro energético más homogéneo durante todo el año. Compensando la menor cantidad de energía solar obtenida durante los meses de invierno, con el aporte de energía eólica.
Antes de comenzar, debemos aclarar que nos vamos a referir exclusivamente, a situaciones que se dan en países de la franja tropical, donde las estaciones del año están diferenciadas. En zonas de la franja ecuatorial, se deberían considerar y aprovechar otras situaciones de estabilidad climática, de horas de luz solar, etc.
Estimación de consumos.
El primer dato que deberemos calcular, será la demanda de energía eléctrica. Haciendo especial atención a su distribución mes a mes.
El consumo de electricidad debido a la iluminación, es ciertamente mayor en invierno, ya que disponemos de menos horas de luz. Sin embargo, considerando el empleo actual de lámparas de bajo consumo, este factor tendrá una influencia poco significativa hoy en día. La mayor parte del consumo de electricidad es debido a los electrodomésticos.
En zonas con invierno frío, la calefacción no se instala de tipo eléctrico, ya que la obtención de calor por efecto Joule, tiene un gran despilfarro energético y la normativa lo prohíbe. En estos casos, la calefacción se instala mediante tuberías de agua caloportadoras y radiadores. Por lo que, para nuestro cálculo de la demanda eléctrica, lo que deberíamos considerar como consumo, serían fundamentalmente las bombas de circulación.
En zonas de invierno más suave, puede ser usual la instalación de equipos de tipo Split que funcionen en modo “bomba de calor” para la calefacción (efecto Joule).
El consumo anual más significativo, siempre será el aire acondicionado para refrigeración. Para cuyo cálculo de la demanda eléctrica, se debe considerar su carácter temporal, exclusivamente durante los meses de verano.
Ejemplo cálculo consumo vivienda unifamiliar con aire acondicionado en kWh:
- Iluminación 11W 30ud 5h/día 1,65kWh/día
- Frigorífico 300W 1ud 2h/día 0,6kWh/día
- Vitrocerámica 4500W 1ud 0,2h/día* 0,9kWh/día
- Extractor 100W 1ud 0,2h/día* 0,02kWh/día
- Horno 1500W 1ud 0,2h/día* 0,3kWh/día
- Microondas 800W 1ud 0,1h/día* 0,08kWh/día
- Lavadora 1500W 1ud 1h/día* 1,5kWh/día
- Lavavajillas 1500W 1ud 1h/día* 1,5kWh/día
- Televisor 200W 1ud 4h/día* 0,8kWh/día
- Ordenador 500W 1ud 2h/día* 1,0kWh/día
- Tomas varias 1000W 1ud 1h/día* 1,0kWh/día
- Aire Acondicion. 2500W 1ud 1h/día** 2,5kWh/día
TOTAL: 11,85kWh/día
(* promedio semanal; **promedio semanal solo en verano)
Distribución mensual de consumos y producción eléctrica. Ejemplos varios.
A continuación, para su mayor comprensión, analizaremos varios casos característicos. La producción de energía solar, se supondrá mayor durante los meses de verano, en todos los casos. La producción de energía eólica, será de tipo diverso para cada caso:
- Caso 1. Producción eólica alta durante los meses de invierno y baja durante los meses de verano.
Este caso, es el que denominaríamos el caso ideal para instalar una instalación de tipo híbrido. El menor aporte de la producción solar durante los meses de verano, quedará compensado por la producción eólica durante el resto del año.
En el caso ideal, el consumo de electricidad se podría cubrir mes a mes, por la suma de la producción eléctrica solar con la producción eléctrica eólica, sin que hubiese un excedente de energía excesivo en ningún mes.
- Caso 2. Producción eólica anual constante.
En este caso, pudiera ser que no se necesitara de la instalación de energía solar, ya que tan solo con la instalación eólica, cubriríamos nuestras necesidades energéticas durante todo el año.
Se deberían analizar otros aspectos como la rentabilidad de cada tipo de instalación. O si hubiera algún otro problema como, por ejemplo, de tipo medioambiental.
Solo interesaría una instalación solar adicional, en caso de que se tengan consumos extras en verano. Así, si vamos a instalar una instalación eólica, la potencia eléctrica de esta instalación solar, deberá ser exclusivamente para cubrir estos consumos extra en estos meses de verano.
- Caso 3. Producción eólica alta durante los meses de verano y baja durante los meses de invierno.
En este caso, la instalación híbrida normalmente no se recomendará. Se clasificará como no viable económicamente.
Se podrá optar, o bien por la instalación solar o por la eólica, la que sea más rentable de forma única. Pero en principio, la instalación híbrida no será la más adecuada.
En los meses de invierno, necesitaremos de un aporte externo auxiliar que cubra nuestra demanda energética, pues para este caso, ni con una instalación de tipo renovable eólico ni solar, quedaría cubierta.
- Caso 4. Producción eólica variable anualmente e impredecible según datos estadísticos.
Se deberá analizar el rango de incertidumbre por si hubiese alguna posibilidad, pero normalmente la instalación eólica no sería viable.
Se podría instalar normalmente una instalación de tipo solar, si esta fuese viable.
Optimización de los equipos para nuestra instalación.
El siguiente paso, será el dimensionamiento de nuestra instalación híbrida, combinación de instalación de energía solar y eólica. La producción de energía eléctrica, deberá estar ajustada en todo lo posible, a la distribución temporal mes a mes del consumo. A continuación, explicamos la importancia de este hecho:
- En caso de que, en un momento dado, produzcamos más energía eléctrica de la que consumamos, estaremos teniendo un exceso de producción, no aprovechado directamente. Este exceso, quedará almacenado en las baterías.
- Si, por el contrario, en otro momento, producimos menos energía eléctrica de la que necesitamos, está podrá ser obtenida de la energía almacenada en las baterías anteriormente.
Así, cuanto mejor sea el ajuste temporal de la producción al consumo, más pequeñas y más baratas, podrán ser nuestras baterías.
Si este ajuste es malo, la instalación no estará optimizada y será más cara. Y siendo estas baterías, unos de los componentes más caros de toda instalación eléctrica, se tendrá que pagar más por la adquisición de unos equipos que realmente no hubieran sido necesarios.
Conclusiones. Optimización de la inversión.
El dimensionamiento de las instalaciones solar y eólica de nuestra instalación híbrida, se hará teniendo en consideración cual es el potencial de nuestra situación, en función de nuestra ubicación. Analizaremos si nos encontramos en alguno de los casos presentados en los gráficos anteriores, o si por lo menos, tenemos una tendencia parecida.
Se estimarán adecuadamente los consumos reales mes a mes. Observando si se dan posibles situaciones de simultaneidad, para no diseñar una instalación sobredimensionada.
Con esto, podremos conocer en qué porcentaje aproximadamente del mix solar-eólico participarán cada una.
Finalmente, se estudiará la disponibilidad de los equipos existentes en el mercado. Pues con nuestras necesidades determinadas, tendremos que seleccionar los componentes de nuestra instalación de entre los tamaños proporcionados por los fabricantes.
Se tendrán en cuenta otros factores, como el coste inicial de los equipos, la amortización en determinado periodo de tiempo dado en función del precio de la electricidad, etc.
Además de todas estas consideraciones de tipo económico, se deberá estudiar si hubiera algún posible tipo de impacto ambiental negativo.
Con todas estas consideraciones, estaremos en condiciones de decidir exactamente la instalación que necesitamos, absolutamente ajustada y optimizada a nuestro caso concreto.
Escrito por: Carlos Gerardo Béjar Ramírez_ 09.10.2020
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