Hoy en el mundo se promueve cada vez más el uso de energías renovables, entre las cuales la solar es una de las de mayor proyección. Con esta tecnología, los paneles solares toman la energía proveniente del Sol y la convierten en electricidad, pero de esta solo se usa alrededor del 15 %. Un sistema de conversión de energía eléctrica diseñado en la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) mejoraría su eficiencia.
Elkin Edilberto Henao Bravo, doctor en Ingeniería (Línea de Investigación en Automática) de la UNAL, explica que “mejorar la eficiencia de los paneles solares permite disminuir las pérdidas en el sistema eléctrico y así tener mayor disponibilidad de energía proveniente de estos dispositivos para su disposición final”.
Los sistemas de conversión de energía eléctrica –conocidos como circuito convertidor– son una conexión de componentes eléctricos como capacitores, inductores, fuentes o almacenadores, por donde pasa la energía proveniente del panel solar para convertirse en corriente eléctrica alterna o continua y así cumplir con el abastecimiento de energía.
Los paneles solares estudiados son los más pequeños o individuales y se ubican en espacios abiertos como terrazas, tejados o patios de una vivienda. Estos se utilizan de manera conjunta con baterías, para encender o cargar dispositivos electrónicos o iluminar automáticamente las casas durante la noche, es decir que no requieren de una alimentación por cable a otra fuente eléctrica.
Por lo general los paneles solares se fabrican para entregar una potencia que va desde 45 hasta más de 800 vatios según su tamaño, aunque la mayoría entregan entre 12 y 35 voltios, suficientes para cargar o encender dispositivos electrónicos como celulares, computadores o bombillas.
“Este es un problema que se puede solucionar localmente, pero que impacta nacional e incluso internacionalmente. Por eso se busca que estas energías eléctricas renovables ofrezcan soluciones aisladas durante un episodio de mayor impacto como apagones o tormentas”, señala el experto.
Buscando más eficacia
Después de aplicar una serie de ecuaciones y variables, el ingeniero determinó que la solución al suministro de energía eléctrica se da especialmente en los convertidores, para lo cual utilizó un convertidor de potencia (DAB) que mantiene una salida de tensión de corriente continua, más alta que su entrada, para manipular la energía generada por el panel solar.
“Es común que para aumentar el voltaje los paneles solares se conecten en serie (uno seguido del otro), y para aumentar la potencia energética se pongan en paralelo (uno frente al otro); sin embargo, estas conexiones pueden presentar problemas como desajuste que se produce al no se tener una irradiación y temperatura igual para todos los paneles, lo cual puede generar daños entre ellos, algo similar a lo que ocurre cuando se empiezan a dañar las luces navideñas”, explica.
Por eso propone una conexión de paneles en estructura distribuida (MPPT), que hace referencia al circuito que permite extraer la máxima cantidad de energía de cada panel, un potencial que se puede almacenar en bancos de baterías de plomo-ácido –como las de los carros– o de ion de litio para garantizar la estabilidad de la red eléctrica.
Como es necesario usar baterías, también propone usar un cargador/descargador basado en un circuito Zeta/Sepic, el cual permite guardar en las baterías la energía que sobra y entregarla cuando se vaya agotando la de los paneles. Así se puede garantizar una red eléctrica estable que permita el uso final de la energía en todo momento.
El experto indica que “en la fase de almacenamiento de energía, el circuito Zeta/Sepic se debe controlar para que las baterías entreguen o reciban energía en el momento que se requiera”.
“También debe permitir la operación en reposo, es decir cuando las baterías ni se cargan ni se descargan, lo que ocurre cuando no hay dispositivos conectados pidiendo energía y los paneles no producen energía, como puede pasar en las noches”.
La simulación de los circuitos y sus controladores se desarrolló bajo un programa de licencia paga para el análisis de circuitos eléctricos de potencia que incluye paneles solares y baterías; los experimentos se realizaron en el Laboratorio de Electrónica y Energías Renovables de la Institución Universitaria de Alta Calidad ITM de Medellín.
La investigación forma parte del proyecto “Dimensionamiento, planeación y control de sistemas eléctricos basados en fuentes renovables no convencionales, sistemas de almacenamiento y pilas de combustible para incrementar el acceso y la seguridad energética de poblaciones colombianas”, adscrito al programa “Estrategias para el desarrollo de sistemas energéticos sostenibles, confiables, eficientes y asequibles para el futuro de Colombia”, financiado por el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación, el ITM, la Universidad del Valle y la UNAL.
