REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN

SUPERIOR
UNIVERSIDAD DE FALCÓN (UDEFA)
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
ELECTRONICA INDUSTRIAL II

USO DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA EN SISTEMAS DE

GENERACIÓN ELECTRICA

Autor:
Lugo Lugo, Vanessa María.

Docente: Avinadad Mendez

Punto Fijo, noviembre 2022.

 INDICE

PP.
INTRODUCCIÓN…………………………………………………………. 3
USO DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA EN SISTEMAS DE 4
GENERACIÓN ELECTRICA…………………………………………….
Sistemas de energía eolica……………………………………… 4
Tipos…………………………………………………………………. 5
Aplicaciones………………………………………………………… 8
Sistemas de energía solar…………………………………………… 9
Tipos………………………………………………………………….. 10
Aplicaciones………………………………………………………… 11
EJERCICIOS……………………………………………………………... 12
CONCLUSIÓN…………………………………………………………… 14
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS…………………………………... 15
 INTRODUCCIÓN

Un sistema eléctrico de potencia es un conjunto de dispositivos que

convierte energía de una forma primaria a energía eléctrica, la transporta
y la distribuye a los consumidores finales. Por razones históricas y de
eficiencia se adoptó en forma generalizada el uso de la corriente alterna.
Un sistema eléctrico de potencia está compuesto por tres componentes
principales: generación, transmisión y distribución. En cuanto a la
generación, existen muchas formas, pero en el presente trabajo nos
enfocaremos en la eólica (Utiliza la energía del viento como forma
primaria de energía) y la energía solar (Utiliza la energía de la radiación
solar como forma primaria de energía) y la actuación de los dispositivos
de potencia en cada una de estas.
 USO DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA EN SISTEMAS DE
GENERACIÓN ELECTRICA

En el mundo en que vivimos, la energía eléctrica está presente en

tantas de las actividades que realizamos que sería imposible concebir la
civilización actual sin ella. Las industrias que fabrican los productos que
necesitamos, la iluminación de nuestros hogares y ciudades, el teléfono,
la radio, la televisión, la internet que permiten comunicarnos, los medios
de transporte terrestre, acuático y aéreo que utilizamos para desplazarnos
de un lugar a otro, son algunos de los innumerables ejemplos en los que
la electricidad está presente. Y, precisamente por ser éste un fenómeno
que damos por hecho, es posible que no conozcamos los procesos que
hacen que todo esto sea posible.

Sistemas de Energía Eólica

Desde sus primeras utilizaciones en la Persia antigua, las tecnologías

para el aprovechamiento de la energía del viento han evolucionado en
diversos tipos y formas de máquinas. La estructura mecánica básica de
las actuales turbinas eólicas consta de un rotor que capta parte de la
energía del viento y la transforma en energía rotatoria. Una caja de
engranajes regularmente eleva la velocidad de rotación para adaptarla a
la velocidad de un generador eléctrico que transforma esta energía
mecánica en electricidad. Un esquema básico se muestra en la figura 1.
Aunque hay variadas formas de clasificar las turbinas eólicas, éstas
comúnmente son catalogadas en máquinas de eje horizontal y máquinas
de eje vertical, basado en su eje de rotación

Los sistemas de potencia aislados que utilizan tecnología eólica y otras

formas de energía renovable están emergiendo como opciones
técnicamente confiables para suministro energético. Dichos sistemas son
generalmente percibidos como más adecuados para la alimentación local
de potencia en países en desarrollo, pero los desarrollos tecnológicos
involucrados en éstos tienen un considerable potencial como elementos
de generación distribuida para grandes redes de potencia del primer
mundo.

En las últimas décadas ha habido considerables esfuerzos a nivel

nacional e internacional para implementar energía eólica en sistemas de
potencia locales y regionales a través de la integración de sistemas de
distribución de tamaño pequeño y mediano (Ackermann, 2005).
Considerables trabajos han sido publicados y existe abundante literatura
al respecto. No obstante, como el estudio y desarrollo de los sistemas
eólicos para clientes aislados se ha realizado mayoritariamente caso a
caso, ha sido difícil extender los resultados de un proyecto a otro.

En el área de la electrificación rural existen, normalmente, dos grandes

métodos de suministro energía: a) Extensión de la red de potencia y b)
Uso de generadores diesel. En áreas remotas ambas opciones pueden
ser excesivamente onerosas. Por lo cual, la inclusión de tecnologías
renovables puede rebajar el costo de proveer energía a dichas áreas,
como consecuencia de la reducción de costos de operación actualizados.
Las tecnologías renovables, otras que la biomasa, son dependientes de
un recurso que no es despachable (dispatchable); por lo que la
combinación de una tecnología renovable de bajo costo con una
tecnología despachable más costosa provee una alternativa más
aplicable.

Los sistemas de potencia que utilizan múltiples fuentes de generación

son mejor referidos como “sistemas de potencia híbridos”. Estos pueden
incorporar diferentes componentes como producción, almacenamiento,
acondicionamiento de potencia y sistema de control para suministrar
energía a una comunidad remota.

Los sistemas híbridos clásicos incluyen tanto una barra de corriente

continua (DC) para el banco de baterías y otras de corriente alterna (AC)
para el generador y la distribución. Sin embargo, recientes avances en la
electrónica de potencia y sistemas de control están haciendo a sistemas
de una sola barra AC más efectivos en términos de costo. La tecnología
renovable puede conectarse ya sea a la barra AC o DC, según el tamaño
y la configuración del sistema.

Sistemas de potencia alimentando más de una casa o varios puntos

normalmente suministran potencia AC, aunque algunas cargas pueden
conectarse a la barra DC. Estos sistemas pueden suministrar desde unos
pocos kilowatt-hora (kWh) a varios megawatt-hora (MWh) al día. Los
sistemas que alimentan cargas pequeñas, del orden de algunos kWh al
día, utilizan preferentemente solo la barra DC, mientras que para cargas
más grandes se tiende a utilizar sistemas donde la barra AC es el punto
de conexión principal.

Recientes adelantos en los dominios de la electrónica de potencia y los

sistemas de control, han permitido el desarrollo de dispositivos más
pequeños conectados a la barra AC. Cada dispositivo de producción DC
incluye su propio convertidor de potencia con control integrado, lo que
permite la coordinación de la producción. Cada configuración puede
presentar variaciones considerables.

Sistemas Híbridos.

En sistemas que se apoyan en una barra DC, el banco de baterías juega

el rol de contenedor de potencia, suavizando las fluctuaciones de corto y
largo plazo en el flujo de carga. La regulación es realizada casi por si sola,
basada en algunos parámetros específicos de la batería. Para sistemas
AC la meta es lograr un balance de la producción energética, regulando el
voltaje y la carga. Para lograr una señal eléctrica de voltaje y frecuencia
estables, se utilizan diversas tecnologías avanzadas, que incluyen
condensadores sincrónicos, bancos de cargas despachables,
mecanismos almacenamiento, electrónica de potencia y control. de En
algunos casos, pequeñas turbinas eólicas, tanto mecánicas como
eléctricas de hasta 20 kW, son conectadas a los dispositivos de potencia
(carga) directamente.

Las más comunes son para el bombeo de agua, aunque se han

considerado otras aplicaciones como la fabricación de hielo, carga de
baterías y comprimir aire. Sistemas Híbridos DC para Pequeñas
Comunidades Remotas. La mayor parte de estos sistemas tienen una
estructura en la que la barra DC de la batería es el punto central de
conexión. En general, pequeñas turbinas eólicas generan voltajes y
corrientes AC de frecuencia variable que es rectificada y aplicada a la
barra DC. Luego, la energía es almacenada o reconvertida en AC
(regulada) a través de un inversor para alimentar la carga. El control de
estos pequeños sistemas de potencia se realiza en función de la tensión
de la batería.

El generador eólico debe limitar su voltaje o desviar la potencia

generada cuando la batería está completamente cargada y no puede
aceptar más energía. El inversor y la carga deben desconectarse de
manera de parar la descarga de la batería cuando el voltaje cae por
debajo de un límite preconcebido. Ambas acciones implican un cuidadoso
diseño del sistema, de manera de optimizar los recursos energéticos y
obtener una cantidad mínima de energía no suministrada.

Sistemas Híbridos Eólico-Diesel (Wind-Diesel).

En sistemas de potencia aislados grandes se utiliza la distribución en

AC incorporando tanto turbinas eólicas como máquinas generadoras
diesel. Un sistema eólico-diesel provee potencia utilizando la energía
eólica para reducir el consumo de combustible, resguardando una calidad
de suministro aceptable. Para ser económicamente viable la inversión en
equipamiento extra, requerido para aprovechar la energía del viento, debe
recuperarse mediante los ahorros en combustible y otros beneficios.
Debido a la gran cantidad de mini-redes aisladas cuya energía primaria es
el petróleo diesel, existentes tanto en el primer mundo como en los países
en desarrollo, el mercado para readaptar estos sistemas diesel a sistemas
híbridos con fuentes renovables de energía de bajo costo – como la
energía eólica – es sustancial.

Uno de los desafíos que plantea la incorporación de la energía del

viento en las plantas diesel es la dificultad del control de la tensión y la
frecuencia del sistema, debido a que la producción de las turbinas eólicas
es determinada por las condiciones aleatorias del viento. Esto conlleva a
distinguir dos conceptos que influencian fuertemente el diseño del sistema
y sus componentes, ellos son: la cantidad de energía esperada desde las
fuentes renovables (penetración del sistema) y la habilidad para mantener
el balance de potencias – producción y demanda – del sistema.

Penetración del Viento.

Al incorporar tecnologías asociadas a fuentes de energías renovables

en sistemas de potencia aislados, la cantidad de energía que se obtiene
desde las fuentes renovables influenciará la disposición (layout), el
desempeño y la economía del sistema. La penetración instantánea
(Pwind/Pload) es una medida técnica que determina la disposición
(layout), los componentes y los principios de control a aplicarse en el
sistema. La penetración promedio (Ewind/Eload) es una medida de tipo
económica que determina el costo de la energía del sistema, e indica el
porcentaje de la generación total que provendrá de la fuente renovable. El
nivel óptimo de penetración del viento depende de la diferencia relativa
del costo de incrementar la potencia eólica – con el consecuente aumento
de la complejidad – y del ahorro de remplazar combustible por recursos
renovables

Aplicaciones
 Aspectos como el pronóstico de la velocidad del viento y
consecuentemente la estimación de la cantidad de potencia aportada por
las granjas eólicas, permitirá predecir con mayor precisión el valor de la
electricidad producida por éstas. Lo anterior, ayudará a la planificación,
programación y coordinación de la generación con la demanda del
sistema y consecuentemente, con los contratos de suministro de energía.
Modelos precisos pueden asegurar el éxito de estos desarrollos y obtener
el máximo provecho a mínimos riesgos. El rápido aumento de la
penetración eólica en la red de potencia presenta importantes desafíos a
los operadores del sistema. La productividad de las granjas eólicas fluctúa
con el tiempo, mientras la red eléctrica debe mantener un equilibrio
constante entre el suministro y la demanda.

Actualmente, se están llevando a cabo muchos estudios sobre los

efectos de esta energía estocástica en la regulación y la estabilidad del
sistema de potencia. Lo previo con el fin de que los operadores y
planificadores de estos sistemas se sientan con más confianza y
conocimiento acerca del impacto asociado al aumento de la energía del
viento en la red. Una forma de suministrar energía eléctrica barata y
estabilizar la operación en una red con producción eólica, se logra
combinando el uso de la energía eólica con la hidráulica.

En este sentido, importantes investigaciones concernientes a la

generación, transmisión y economía de estos sistemas integrados están
siendo llevadas a cabo. Además de las aplicaciones en calefacción y
bombeo ya en uso, la exploración de nuevos mercados como los sistemas
de desalinización, producción de hidrógeno, etc., permitirán abrir nuevas
oportunidades de utilización de la energía limpia a bajo costo en varios
otros sectores, incluyendo los sistemas de aguas y de transporte.

Sistemas de Energía Solar

 Existen dos tecnologías para generar energía eléctrica a partir de la
radiación solar. Una es la tecnología fotovoltaica, que consiste en
transformar directamente la radiación solar en electricidad. La otra es
la tecnología solar termoeléctrica, basada en el uso de la radiación solar
para calentar un fluido y emplearlo en un ciclo termodinámico
convencional

La tecnología solar fotovoltaica efectúa la conversión de la radiación

solar en electricidad a través de las células fotovoltaicas, que
comúnmente son de silicio cristalino, pero también se cuenta con el uso
de nuevos materiales. Mediante el efecto fotoeléctrico y aprovechando las
propiedades de los materiales semiconductores, las células fotovoltaicas
generan corriente continua al incidir en ellas la luz. Dicha corriente que es
transformada en alterna para su utilización.

Los módulos fotovoltaicos están constituidos por un conjunto de

células. Dichos módulos pueden ser instalados de distintas formas.
Existen módulos fijos, que son los más sencillos pero con un rendimiento
menor. Otra opción es la incorporación de equipos electromecánicos que
orientan el módulo fotovoltaico para que siempre se dirija hacia el sol.
Estos equipos son llamados seguidores y su rendimiento es mayor que el
de los módulos fijos. Una tercera opción son los concentradores, que
captan y concentran la energía sobre células solares de alta eficiencia.

La tecnología solar termoeléctrica se basa en la conversión de la

energía radiada en calor y luego empleado en un ciclo termodinámico. Su
principal componente es el captador, por el cual circula un fluido que
absorbe la energía solar. Este captador se calienta y acciona una turbina
que genera electricidad. Entre los distintos tipos de instalaciones destacan
los sistemas de receptor central (tecnología de torre), el colector cilíndrico
parabólico (CCP), el disco parabólico y los sistemas híbridos con ciclo
combinado.

Placas solares térmicas

En el caso de los paneles térmicos, se pueden diferenciar por la
temperatura a la que funcionan sus colectores (componentes encargados
de capturar la radiación solar y transformarla en energía térmica). El
fabricante de paneles solares Endef diferencia tres grandes grupos en la
clasificación de los colectores. Por un lado, estaría el colector de baja
temperatura: “Alcanzando hasta un máximo de 50 grados, este tipo de
paneles se utilizan principalmente para la calefacción y para el agua
caliente sanitaria en sistemas domésticos”, apuntan desde la compañía.

Placas solares fotovoltaicas

Dentro de los paneles fotovoltaicos a través de los cuales se

genera energía solar, es posible distinguir entre tres principales variantes:
monocristalinas, policristalinas y amorfas. Los paneles fabricados con
células monocristalinas son los que tienen un mayor rendimiento y son
más estables a lo largo del tiempo. Lógicamente también suelen ser los
más caros”, cuentan desde el departamento técnico de la Asociación
Nacional de Productores de Energía Fotovoltaica (Anpier).

Mientras tanto, las células policristalinas se fabrican a partir del silicio

metalúrgico mediante procesos de solidificación menos exhaustivos que
en el caso de las monocristalinas, según Anpier: “El crecimiento de los
cristales de silicio no se controla por lo que se forman distintas estructuras
cristalinas. Esto permite la fabricación de lingotes de forma rectangular
que facilita la posterior conformación de las celdas fotovoltaicas”. Los
paneles con células policristalinas tienen “rendimientos un poco inferiores
a costes más reducidos”.

Aplicaciones

La energía solar térmica permite el calentamiento de agua para su

utilización en diferentes aplicaciones, como pueden ser el calentamiento
de piscinas, la producción de agua caliente sanitaria o industrial, la
calefacción de espacios e incluso su refrigeración. El esquema clásico de
este tipo de instalaciones es la conexión de un conjunto de captadores
entre sí formando un circuito cerrado, el cual y mediante el accionamiento
de una bomba, cede el calor a medida que se genera a un depósito de
agua (acumulador solar) que lo almacena hasta que sea requerido por el
consumo. A la salida de éste se conecta la caldera en serie, quién se
encarga, caso de ser necesario, de incrementar la temperatura lograda
por el sistema solar hasta la precisada por el consumo.

En el caso del calentamiento de piscinas, dado el gran volumen de

agua contenido por las mismas, éste ya actúa como acumulador solar, por
lo que no es necesaria su instalación. La combinación de la aerotermia
con paneles solares permite controlar la temperatura de la casa utilizando
recursos naturales renovables. La energía aerotérmica proviene del aire
para obtener agua caliente y alcanzar la temperatura óptima según la
estación del año, lo que permite bajar la temperatura en el verano y la
temperatura perfecta para alcanzar el máximo confort en el invierno.
Además de ser usados para electrodomésticos, autos, alumbrado público,
e incluso aviones o sistemas de riego

Ejercicios
Determina la potencia de
una aeroturbina sobre la
que actúa un viento de
50km/h
sabiendo que el radio de
cada pala es de 4 m y que
el nº de palas es de 3.
Determina la
energía generada por ella
en 10 horas. Dato:
densidad del viento 1,225
Kg/m3
Determina la potencia de
una aeroturbina sobre la
que actúa un viento de
50km/h
sabiendo que el radio de
cada pala es de 4 m y que
el nº de palas es de 3.
Determina la
energía generada por ella
en 10 horas. Dato:
densidad del viento 1,225
Kg/m3
Determina la potencia de
una aeroturbina sobre la
que actúa un viento de
50km/h
sabiendo que el radio de
cada pala es de 4 m y que
el nº de palas es de 3.
Determina la
energía generada por ella
en 10 horas. Dato:
densidad del viento 1,225
Kg/m3
Determina la potencia de
una aeroturbina sobre la
que actúa un viento de
50km/h
sabiendo que el radio de
cada pala es de 4 m y que
el nº de palas es de 3.
Determina la
energía generada por ella
en 10 horas. Dato:
densidad del viento 1,225
Kg/m3
Determina la potencia de
una aeroturbina sobre la
que actúa un viento de
50km/h
sabiendo que el radio de
cada pala es de 4 m y que
el nº de palas es de 3.
Determina la
energía generada por ella
en 10 horas. Dato:
densidad del viento 1,225
Kg/m3

CONCLUSIONES

Para que la energía eléctrica llegue a nuestros hogares, industrias y

ciudades se requiere de complejos procesos y dispositivos. El conjunto de
estos últimos, llamado un sistema eléctrico de potencia, en el trabajo,
observamos como las fuentes renovables de energía, actualmente forman
parte fundamental de los sistemas de potencia y que sus aplicaciones son
prácticamente ilimitadas. Además, como futuros ingenieros es de total
importancia conocer maneras sustentables de aplicar la electrónica de
potencia y no hay mejor forma que conociendo este tipo de sistemas.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Artículo  "¿Qué es un aerogenerador?", publicado por el sitio web

español Acciona. Consultado el 26 de noviembre de 2022
Artículo "Energía solar para generación eléctrica", publicado por el portal
Abengoa.es. Consultado el 26 de noviembre de 2022
 Comité Nacional de Despacho de Carga, Cochabamba,
Bolivia. Funcionamiento del Mercado Eléctrico Mayorista Boliviano 1996 -
2001, 2002.
Comité Nacional de Despacho de Carga, Cochabamba,
Bolivia. Resultados de la Operación del Sistema Interconectado Nacional
2002, 2003.