Clasificación y Funcionamiento de Sistemas de Energía Eólica y Solar

Energía Eólica

Las máquinas eólicas se **caracterizan** por:

Aeroturbinas de Eje Horizontal (HAWT)

Son muy utilizadas. Su eje es paralelo a la **dirección del viento** con el fin de que este incida sobre las palas y haga girar el eje. Dependiendo de la potencia, se clasifican en:

• Potencia Baja o Media (hasta 50 kW)

  Poseen un número de aspas alto. Se utilizan en el medio natural para **bombear agua** y como suministro complementario de electricidad para viviendas. Funcionan a pleno rendimiento cuando la velocidad del viento es de **5 m/s** y arrancan a **2 m/s**.

• Potencia Alta

  Utilizan dos o tres palas de **perfiles aerodinámicos**. Necesitan vientos de **5 m/s** para arrancar. El rendimiento aumenta a medida que se incrementa la velocidad, alcanzando su máximo alrededor de **15 m/s**. Las aeroturbinas modernas tienen sus palas giratorias. Las de eje horizontal se agrupan formando **parques eólicos**.

Aeroturbinas de Eje Vertical (VAWT)

Presentan un futuro prometedor, ya que **no necesitan dispositivos de orientación**.

• Aeroturbinas Darrieus

  Formadas por dos palas de **perfil biconvexo** unidas, produciendo el giro del eje al que están conectadas.

• Aeroturbinas Savonius

  Compuestas por dos **semicilindros iguales**. El viento, al actuar sobre la superficie del cilindro, produce el giro del eje.

Energía Solar

A) Conversión en Energía Térmica o Calorífica

Colectores o Captadores Planos

Se basan en el principio de que todo cuerpo expuesto al sol **absorbe parte de la radiación solar** que incide sobre él.

El colector es una caja que, en su interior, dispone de tubos de **color negro** (para maximizar la absorción) por donde circula agua. Se orienta hacia el sol para captar la **máxima radiación solar**. Existen 3 tipos principales según la temperatura de trabajo:

• **Temperatura 35 ºC:** Utilizado para climatización de piscinas, calefacción de invernaderos, etc.
• **Temperatura 60 ºC:** El colector lleva un cristal en el interior, aislado térmicamente mediante **fibra de vidrio**. Se emplea para calentar **agua caliente sanitaria (ACS)** y calefacción de viviendas.
• **Temperatura 120 ºC:** Requiere un **aislamiento al vacío** en su interior. Se emplea para usos industriales donde se necesita agua a altas temperaturas.

Aprovechamiento Pasivo

• **Invernaderos:** Los plásticos permiten el paso de la radiación electromagnética. Al incidir sobre el suelo, su longitud de onda varía (efecto invernadero) y, al intentar salir, los rayos quedan retenidos, provocando un **aumento de la temperatura**.
• **Desalinizadora Solar:** Consta de dos recipientes separados y aislados exteriormente. Uno lleva un cristal orientado a **45º** y, en el fondo, un material que refleja los rayos sobre el agua salada. La sal queda en el fondo, y las gotas de agua se **condensan** y caen al otro recipiente (agua destilada).

Horno Solar

Busca concentrar los rayos solares que inciden en una superficie grande en una pequeña zona. Para ello, se emplea un espejo de **forma parabólica**. Puede alcanzar temperaturas de hasta **4000 ºC**. Actualmente, no es viable a gran escala debido a su **alto coste**.

B) Conversión en Energía Eléctrica

Campo de Heliostatos (Central Termosolar de Torre)

Consiste en espejos direccionales (**heliostatos**) de grandes dimensiones que reflejan la luz solar hacia una torre central. Los rayos solares se concentran sobre la caldera. El **aporte calorífico** es absorbido por el fluido de la caldera y conducido hacia el generador de vapor. La energía se transmite a un segundo circuito, donde el agua se evapora y llega a la **turbina-alternador**, que produce electricidad. Por último, el vapor es enviado al **aerocondensador** y el ciclo se repite.

Colectores Cilíndricos Parabólicos (CCP)

Concentran los rayos solares en una tubería de aceite, consiguiendo temperaturas de hasta **300 ºC**. El aceite transmite el calor desde los colectores hasta un **intercambiador de calor** en una caldera. El vapor resultante se utiliza para evaporar el agua que pasa por la tubería, generando así **corriente eléctrica**.

Placas Fotovoltaicas

Convierten la **energía radiante** directamente en **energía eléctrica**. Cada placa está formada por células solares (típicamente 36 en serie) construidas a base de **silicio**. Cuando la luz solar incide sobre las células, se genera una tensión de **0,5 V a 0,85 V** en los extremos de sus bornes. Al colocar las células en serie, se obtiene una tensión final de, por ejemplo, **18 V** y una corriente aproximada de **2 A**.