La Agencia Internacional de la Energía define la energía solar como aquella que se puede extraer de la luz solar que llega a la tierra y ser transformada en otras formas de energía útil, como energía térmica o eléctrica.

La luz solar puede ser convertida de manera directa en energía eléctrica, a través de celdas fotovoltaicas o bien en energía calórica a través de equipamiento de concentración solar.

En los sistemas de aprovechamiento térmico, el calor recogido en los colectores solares o concentradores puede destinarse a satisfacer numerosas necesidades como, por ejemplo, obtención de agua caliente para consumo doméstico o industrial, o bien para fines de calefacción, aplicaciones agrícolas, y la producción de electricidad a través de un proceso termoeléctrico.

Por su parte, los Paneles Fotovoltaicos, que constan de un conjunto de celdas solares, se utilizan para la producción de electricidad y constituyen una adecuada solución para el abastecimiento eléctrico tanto en áreas rurales como desérticas, que cuentan con un recurso solar abundante. La electricidad obtenida mediante los sistemas fotovoltaicos puede utilizarse en forma directa, o bien ser almacenada en baterías para utilizarla durante la noche.

Fuente: Internacional Energy Agency

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La energía eólica es aquella energía cinética que se encuentra disponible en una masa de aire en movimiento (viento). Según la Administración de Información de la Energía de los EE.UU. esta energía ha sido utilizada por el ser humano desde, al menos, el año 5.000 A.C.

Los aerogeneradores son dispositivos diseñados para transformar la energía cinética del viento en energía eléctrica. Producto de intensas actividades de investigación y desarrollo, su diseño aerodinámico ha tenido importantes variaciones desde sus orígenes a la fecha. En la actualidad, el diseño más común consiste en una turbina de tres palas) montadas sobre una torre. La turbina está acoplada mecánicamente a un generador eléctrico. La cantidad de energía que un aerogenerador puede transformar en electricidad dependerá, además de la velocidad del viento, de la altura de la torre y del largo de sus palas.

Fuente: EIA – U.S. Energy Information Administration

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La bioenergía se define como la energía contenida en la biomasa. La biomasa corresponde a cualquier materia orgánica que esté disponible de manera renovable, tales como residuos de animales, plantas, cultivos o deshechos orgánicos.

Dependiendo de la biomasa que se utilice, la bioenergía puede ser utilizada como energía térmica, a partir de la quema directa, o bien a partir de un proceso de transformación en un combustible gaseoso (biogás) o en un combustible líquido (biocombustible).

Fuente: Agencia Internacional de la Energía

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La Asociación Europea de la Energía Oceánica plantea que hay, al menos, cuatro formas de extraer el contenido energético disponible en los mares: tecnología undimotriz, mareomotriz, de gradiente térmico y de gradiente de salinidad.

La tecnología undimotriz extrae energía del movimiento de las olas, de igual forma, la tecnología mareomotriz aprovecha las mareas o corrientes marinas. Por su parte, la tecnología de gradiente térmico aprovecha las diferencias de temperatura entre la superficie y las aguas profundas, y, por último, está la tecnología gradiente de salinidad.

Chile es un país que tiene más de 4.500km de costa y una tradición naval importante, por lo que se estima que la energía de los mares puede jugar un rol, tanto a nivel de provisión de energía a la red como en aplicaciones descentralizadas. Con el propósito de aprovechar estas ventajas, nuestro país ha estado preparando sus capacidades tecnológicas poniendo en marcha una serie de iniciativas público-privadas, que buscan entender mejor el tipo de recurso de recurso y su disponibilidad en el territorio, evaluar los impactos ambientales y sociales, así como también preparar el capital humano necesario para facilitar la implantación de esta tecnología cuando esta esté en condiciones de competir en el mercado.

Fuente: Ocean Energy Europe

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La energía eléctrica producida a partir de la energía potencial contenida en un volumen de agua ubicado a una cierta altura se denomina energía hidroeléctrica. En Chile, se utilizan generalmente dos tipos de centrales, de embalse y de pasada.

Las centrales de embalse interrumpen el curso normal de un río con el propósito de controlar la acumulación o liberación del agua almacenada, lo que permite gestionar la cantidad de energía producida. Las centrales de pasada desvían momentáneamente una parte del caudal de un curso de agua, con el propósito de dejarla caer sobre una turbina que produce la electricidad. Una vez terminado el proceso, el agua es devuelta al cauce natural.

La energía hidroeléctrica es renovable y su disponibilidad depende principalmente de los ciclos hidrológicos. Es del caso señalar que la Ley General de Servicios Eléctricos, en su artículo 225, define que serán consideradas como Medios de Generación Renovables No Convencionales, aquellas centrales hidroeléctricas cuya potencia conectada sea inferior o igual a los 20 MW.

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La energía geotérmica de alta entalpía es aquella en forma de calor que está disponible bajo la superficie terrestre, a profundidades relativamente bajas, producto de la presencia de magma a alta temperatura.

Una forma de extraer esta energía es aprovechar yacimientos de agua o vapor subterráneo que estén cercanos a la fuente de calor.

El calor extraído en la superficie se utiliza para producir vapor a presión que alimenta a una turbina encargada de la producción de electricidad. Finalmente, en las centrales de ciclo cerrado, el agua es reinsertada al yacimiento con el propósito que absorba nuevamente la energía térmica disponible.

Por su parte, la energía geotérmica de baja entalpía aprovecha las propiedades de aislación térmica de la parte más superficial de la corteza terrestre. A unos pocos de metros bajo tierra, la temperatura se mantiene estable durante el año en algunas decenas de grados Celsius. Con el propósito de aprovechar este fenómeno, se instala un circuito de cañerías bajo tierra, y se hace circular lentamente un líquido caloportador que en la superficie está a temperatura ambiente. Independientemente de cuál sea la temperatura ambiente, el líquido, al circular por las cañerías, equilibra siempre su temperatura con de la tierra. Así, si la temperatura ambiente es menor a la del interior de la cañería, entonces el líquido absorbe temperatura, mientras que, si el ambiente tiene una temperatura superior, entonces baja su temperatura.

Existe una gran variedad de formas para aprovechar la geotermia de baja entalpía, tanto para calefacción, refrigeración y agua caliente sanitaria. Una forma que ha probado ser eficiente es el uso de bombas de calor.

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Los sistemas de almacenamiento de energía no producen energía por sí mismos, sino que permiten absorber energía desde una fuente en un momento determinado, y entregarla en otro momento para su consumo.

Según lo indica el Centro de Sistemas Sustentables, de la Universidad de Michigan, las tecnologías de almacenamiento están siendo desarrolladas, al menos, desde la primera mitad del siglo XIX. No hay una única forma de clasificar los sistemas de almacenamiento, sin embargo, lo más común es hacerlo a partir de la forma de energía que es almacenada. Así, es posible distinguir los sistemas de almacenamiento eléctricos, químicos, electroquímicos, mecánicos, hidráulicos y térmicos.

A la fecha, los sistemas de almacenamiento de energía se han masificado en aplicaciones donde no se requieren altos volúmenes de energía. Sin embargo, la investigación y desarrollo en esta área tomó fuerza, primero con la crisis del petróleo en EE. UU. de los años 70s y, más recientemente, a partir del impulso dado por la industria de la movilidad eléctrica.

Desde la perspectiva de las aplicaciones en la red eléctrica, que requieren grandes volúmenes de energía, los sistemas de almacenamiento más comunes son los de bombeo. Estos emulan la operación de una central hidroeléctrica, ya que utilizan energía eléctrica para bombear grandes volúmenes de agua hacia un depósito ubicado a una cierta altura, almacenando la energía en forma de energía potencial. Para extraer la energía, se deja caer el agua sobre una turbina, la cual está acoplada a un generador eléctrico.

Con los últimos desarrollos tecnológicos, el almacenamiento electroquímico en formas de baterías ha ido aumentando la cantidad de energía almacenable, al mismo tiempo que ha reducido considerablemente sus costos de inversión.

El primer sistema de almacenamiento conectado a la red eléctrica instalado en Chile está en la Subestación Eléctrica Andes, y fue puesto en servicio en 2009.

Fuente: Center for Sustainable Systems (University of Michigan)

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Actualidad

Publicado el 31-08-2021
Inversores solares: El “cerebro” de un sistema fotovoltaico eficiente

Desde hace algunos años, los proyectos solares fotovoltaicos están viviendo un verdadero ‘boom’ en el país, tanto para proveer energía a la matriz como para satisfacer las necesidades de la industria e incluso en nuestros hogares. Al centro de estos sistemas, se encuentran los inversores, equipos responsables de transformar la energía producida por los paneles FV y minimizar las pérdidas.

En un sistema solar fotovoltaico (FV), los paneles generan corriente continua (CC o, en inglés, DC), la que para poder ser usada en gran parte de los equipos y máquinas que encontramos en la industria, el comercio y las casas, debe ser transformada en corriente alterna (CA o AC). En ese sentido, el rol de los inversores en un sistema FV no solo es clave para el funcionamiento de la planta solar, sino para que alcance su máxima eficiencia posible. Al respecto, Patricio Mendoza Araya, del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Chile, explica que ‘los inversores forman parte de lo que se conoce como ‘Balance of System’, que son todos aquellos componentes adicionales a los paneles fotovoltaicos, y que hacen posible el funcionamiento de la planta’. ‘Dada la naturaleza de la conversión de energía que los inversores realizan, se debe poner especial atención en los niveles de tensión y corriente que éstos admiten en su entrada de CC, y requieren a su salida de CA’, advierte. ‘Muchos inversores fotovoltaicos se conectan directamente a grupos de paneles, o ‘strings’, por lo que el número de entradas que el inversor ofrezca va típicamente de la mano con el número de seguidores de máxima potencia (MPPT, del inglés ‘Maximum Power Point Tracker’) que ofrece’.

El Director de Estudios de la Asociación Chilena de Energías Renovables y Almacenamiento A.G. (ACERA A.G.), Darío Morales, señala que el MPPT permite rastrear en qué combinación de voltaje y corriente el panel FV maximiza su producción de energía para una determinada radiación solar. ‘El inversor, por intervenir electrónicamente procesos exclusivamente eléctricos, permite tener un control muy fino (preciso y rápido) de cómo el conjunto de paneles fotovoltaicos va a interactuar con la red eléctrica, haciendo que este tipo de instalaciones se desempeñen, en muchos aspectos, mejor que aquellas centrales que, además, están expuestas a controlar fenómenos mecánicos o térmicos, que por definición son más lentos’, agrega. Cómo elegir el inversor adecuado Para elegir correctamente el inversor para un proyecto solar fotovoltaico, Óscar Vera Steinfort, docente de la Escuela de Ingeniería Duoc UC sede Puente Alto, recomienda, en primer lugar, definir el tipo de sistema fotovoltaico a utilizar, si será On-Grid (conectado a la red eléctrica), Off-Grid (separado de este) o híbrido.

‘Esta definición es esencial para escoger el inversor, ya que su diseño, funcionamiento y conexión dependerán de ello, por ejemplo, para considerar si se inyectará la energía sobrante al sistema o se almacenará en baterías’, agrega. Vera Steinfort añade que es importante fijarse en los elementos de seguridad del inversor, que también dependerá de la envergadura y tipo de conexión del proyecto. ‘Por ejemplo, ver si cuenta con sistemas anti islas para las conexiones Off Grid o aislación galvánica para separar las etapas de CC y CA en alguna situación de falla posible’, indica. El docente de Duoc UC también aconseja tener en cuenta si el inversor se conectará a un sistema monofásico o trifásico, y cuánta potencia generará el sistema fotovoltaico, para que el inversor no sea el ‘cuello de botella’ o para no sobredimensionar el equipo y encarecer el proyecto. ‘Además, diseñar de forma clara las cargas que se tendrán conectadas y ver si el inversor aguanta las potencias picos’, acota.

En este aspecto, Morales recuerda que, como en todo proyecto de inversión, la selección de los componentes a usar debe considerar tanto los aspectos técnicos como económicos del conjunto. ‘Desde esta perspectiva, hay que determinar el número de inversores que tendrá la central, el tamaño de cada uno y las capacidades de control que le queremos incorporar a la planta fotovoltaica. Mayor complejidad puede tener algunos efectos en los costos de la inversión, pero al mismo tiempo puede ofrecer nuevas oportunidades de negocios, como por ejemplo, participar en la provisión de servicios de control de frecuencia o de tensión’, argumenta. Un aspecto que se debe considerar al elegir un inversor fotovoltaico, son las condiciones medioambientales donde será instalado. ‘Algunos fabricantes diseñan y comercializan inversores que pueden instalarse directamente a la intemperie, mientras que otros requieren de un ambiente controlado para su funcionamiento.

Por ello, muchas instalaciones hoy en día se realizan en contenedores o salas de máquinas’, afirma. ‘Si bien la electrónica de potencia, en principio, no tiene limitaciones respecto a características como la elevación geográfica o el polvo, estos últimos sí pueden afectar el desempeño del inversor. La electrónica de hoy en día es altamente eficiente, lo que se traduce en pérdidas de potencia muy bajas’, continúa el académico de la Universidad de Chile. ‘Sin embargo, esas pequeñas pérdidas se convierten en calor que hay que disipar desde la electrónica al ambiente. La baja densidad del aire en sitios elevados puede imponer una restricción importante en las capacidades de evacuar ese calor disipado. Esto último a veces se suma a altas temperaturas de operación, como el caso del norte de Chile’.

En este aspecto, Vera Steinfort, de Duoc UC, recalca que el polvo es el enemigo número uno de todo dispositivo electrónico y suele no tomarse en cuenta hasta que estos fallan. ‘Además, dejar el inversor expuesto a altas temperaturas afectará a la temperatura interna de este, provocando que falle. Por tanto, se debe considerar y diseñar correctamente donde irá conectado el inversor’, declara. El futuro de los inversores A juicio de Morales, de ACERA A.G., en la medida que sigamos avanzando hacia un sistema eléctrico 100% renovable, deberemos aprovechar al máximo las capacidades que cada tecnología nos ofrece para interactuar con la red eléctrica y permitir así la operación estable, segura y económica de nuestro sistema eléctrico. ‘Son varias las estrategias tecnológicas que los inversores pueden incorporar para estos efectos, como esquemas habilitantes de provisión de inercia sintética o de grid forming, por nombrar algunos’, acota. En tanto, el docente de Duoc UC cree que cualquier inversor comprado en estos meses, debería incorporar monitoreo con conexión WiFi o por medio de otras tecnologías de telecomunicaciones como 5G.

‘Poder monitorear las condiciones de un sistema y enviar alarmas a nuestros dispositivos móviles desde cualquier parte del mundo, es algo que va muy acorde a las necesidades de los tiempos actuales, donde la rapidez en la entrega de información relevante, es esencial en la toma de decisiones, tanto para la industria como para los entusiastas de las tecnologías integradas al IoT’, recalca.

En esta temática, Mendoza Araya aclara que la última versión de la Norma Técnica de Seguridad y Calidad de Servicio incluye varias exigencias para plantas fotovoltaicas coordinadas. ‘Estas exigencias demandarán funcionalidades adicionales de control que los inversores deberán incluir, como el apoyo durante fallas (en inglés, ‘fault ride-through’), el control de reactivos, entre otras’, señala. En este aspecto, cabe recordar la relevancia que tienen estos dispositivos para la operación y funcionamiento de la planta solar. El inversor permite que la energía CC recolectada por los paneles solares pueda ser usada por máquinas CA, y provee protección contra fallas y estadísticas sobre el rendimiento de este. Aún más, es vital para la eficiencia del sistema FV, minimizando las pérdidas. Por ello, es esencial contar con la asesoría experta de empresas especialistas al momento de elegir estos equipos para sus proyectos.

Fuente: Electroindustria

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