Download Uso de energías renovables no contaminan

Universidad de Costa Rica
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Eléctrica
“Uso de energías renovables no contaminantes para
alimentación de estaciones base de sistemas de telecomunicaciones móviles en Costa Rica”
Por:
Marcelo Fernández Villalobos A62215
Saúl Magaña Godoy A32993
Emmanuel Solís Carballo A45181
Ciudad Universitaria Rodrigo Facio
Junio de 2011
“Uso de energías renovables no contaminantes para alimentación de estaciones base de sistemas de telecomunicaciones móviles en Costa Rica”
Por:
Marcelo Fernández Villalobos A62215
Saúl Magaña Godoy A32993
Emmanuel Solís Carballo A45181
Sometido a la Escuela de Ingeniería Eléctrica
de la Facultad de Ingeniería
de la Universidad de Costa Rica
como requisito parcial para optar por el grado de:
LICENCIADO EN INGENIERÍA ELÉCTRICA
Aprobado por el Tribunal:
_________________________________
Ing. Harold Moreno Urbina, Lic.
Representante del Director, Escuela de Ingeniería Eléctrica
_________________________________
Ing. Jhonny Cascante Ramírez, M. Sc.
Director, Comité Asesor
_________________________________
Ing. Martín Espinoza González, Lic.
Miembro, Comité Asesor
_________________________________
Ing. Pablo Acuña Quirós, Lic.
Miembro, Comité Asesor
_________________________________
Ing. Miguel Ruphuy Chan, Lic.
Miembro del Tribunal
ii
DEDICATORIA
Marcelo Fernández: Le dedico este trabajo a mi familia, en especial mis padres y compañeros, por su apoyo durante toda mi etapa de estudio en la Universidad de Costa Rica
Saúl Magaña: Dedico este logro a Dios que nos da la vida, a mis padres y mis dos hermanas.
Emmanuel Solís: a Dios sobre todas las cosas y a mis padres por su apoyo incondicional
durante todo este tiempo.
iii
RECONOCIMIENTOS
A nuestro profesor Johnny Cascante, por todo su apoyo y dirección que nos ayudaron en la elaboración de este trabajo.
Al ingeniero Fernando Lizana, por su ayuda en la recopilación de información que
nos ayudo en el arranque del trabajo.
iv
ÍNDICE GENERAL
Por: ................................................................................................................................... i
Por: ..................................................................................................................................ii
DEDICATORIA ...........................................................................................iii
RECONOCIMIENTOS ............................................................................... iv
ÍNDICE GENERAL...................................................................................... v
ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................... vii
ÍNDICE DE TABLAS .................................................................................. ix
RESUMEN .................................................................................................. xii
CAPÍTULO 1: Introducción......................................................................... 1
1.1
1.2
Objetivos ................................................................................................................. 3
Metodología ............................................................................................................ 5
CAPÍTULO 2: Funcionamiento de las estaciones base de sistemas de
comunicaciones móviles. ............................................................................... 6
2.1 Funcionamiento de una estación base dentro de una red de telefonía móvil.................... 6
2.2 Funciones de la radio base ................................................................................................ 9
2.3 Elementos que conforman una radio base ...................................................................... 10
CAPÍTULO 3: Alimentación tradicional de las estaciones base.............. 13
3.1.
3.2.
3.3.
3.3.1.
3.3.2.
3.3.3.
Servicio Eléctrico de distribución comercial AC ................................................. 13
Plantas de emergencias alimentadas por diesel .................................................... 15
Banco de baterías .................................................................................................. 17
Funcionamiento normal ........................................................................................ 19
Funcionamiento en recarga ................................................................................... 19
Funcionamiento en descarga................................................................................. 20
CAPÍTULO 4: Energías renovables no contaminantes ............................ 22
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
4.6.
Energía eólica ....................................................................................................... 23
Energía solar ......................................................................................................... 25
Energía pico hídrica .............................................................................................. 28
Empresas y organizaciones que impulsan las energías renovables ...................... 31
Otras energías emergentes. ................................................................................... 33
Comparación de energías renovables y alimentación tradicional........................ 35
v
CAPÍTULO 5: Disponibilidad de energías renovables no contaminantes
en Costa Rica. .............................................................................................. 39
5.1.
5.2.
5.3.
Radiación solar en Costa Rica .............................................................................. 39
Comportamiento del viento en Costa Rica. .......................................................... 42
Recurso hídrico en Costa Rica. ............................................................................. 47
CAPÍTULO 6: La nueva generación de redes móviles verdes .................. 53
6.1.
Solución Solar ....................................................................................................... 57
6.2.
El viento y la solución de la energía solar híbrida ................................................ 61
6.3.
Solución solar y Diesel Hibrido. ........................................................................... 67
Principales componentes en las soluciones de energía alternativas ..................................... 70
6.4.
Solución Pico-Hídrica con potencia menor a 10 kW............................................ 72
6.4.1.
Estructura y obra civil ........................................................................................... 73
6.4.1.1. La bocatoma: ........................................................................................................ 73
6.4.1.2. El desarenador y la cámara de carga.................................................................... 73
6.4.1.3. Tubería de presión (o forzada) .............................................................................. 74
6.4.2.
Equipo electromecánico........................................................................................ 74
6.4.3.
La Turbina ............................................................................................................ 74
6.4.3.1. Pico turbina Pelton ................................................................................................ 75
6.4.3.2. Turbina de Flujo Cruzado (Mivhelle-Banki) ........................................................ 76
6.4.4.
El generador .......................................................................................................... 78
6.4.5.
Sistema de control................................................................................................. 79
6.4.6.
Controlador electrónico de carga (ELC)............................................................... 79
6.4.7.
Sistema de protección ........................................................................................... 80
6.5.
Solución Pico-hídrica con potencia menor a 1 kW .............................................. 80
6.6.
Relación de costos entre sistemas de energía renovable y sistemas tradicionales 82
6.6.1.
Costos en sistemas pico hídricos .......................................................................... 89
CAPÍTULO 7: Conclusiones y recomendaciones ...................................... 93
7.1
7.2
Conclusiones. ........................................................................................................ 93
Recomendaciones ................................................................................................. 94
vi
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2. 1: Esquema de una red de telefonía móvil [10].................................................. 7
Figura 2. 2: División por celdas de una red celular [33] ................................................. 10
Figura 2. 3: Elementos de una radio base [10] ................................................................. 11
Figura 2. 4: Estructura de una radio base. [24] ............................................................... 12
Figura 3. 1: Capacidad instalada y generación por fuente energética. [21] .................. 15
Figura 3. 2: Planta de emergencia. [39] ............................................................................ 16
Figura 4. 1: Turbina eólica para estaciones base. [9] ...................................................... 23
Figura 4. 3: Prueba de generación de una turbina eólica de baja escala. [9] ................ 24
Figura 4. 2 Conexión de una turbina eólica. [22] ............................................................. 24
Figura 4. 4: Vista de una estación base alimentada por energía solar. [13] .................. 25
Figura 4. 5: Sistema fotovoltaico. [13] .............................................................................. 26
Figura 4. 6: Tendencia de costos de los sistemas solares para estaciones base del 2004
al 2010. [13].................................................................................................................. 27
Figura 4. 7: Esquema de un sistema pico hídrico. [5]...................................................... 29
Figura 4. 8: Beneficios de uso de estaciones base. [2] ...................................................... 32
Figura 4. 9: Comparación de energías para estaciones base. [2].................................... 36
Figura 5. 1: Variograma experimental. [26]. ................................................................... 41
Figura 5. 2: Radiación solar anual en Costa Rica. [26] ................................................... 41
Figura 5. 3: Vientos de estación en Limón. [25] ............................................................... 43
Figura 5. 4: Vientos de estación en Guapiles. [25] ........................................................... 44
Figura 5. 5: Vientos del Pacifico Central. [25] ................................................................. 45
Figura 5. 6: : Vientos del Pacifico Norte. [25] .................................................................. 46
Figura 5. 7: Vientos del valle central. [25] ........................................................................ 46
Figura 5. 8: Principales cuencas de Costa Rica. [38] ....................................................... 50
Figura 5. 9: Tipo de energía disponible en el territorio nacional. .................................. 51
Figura 6. 1: Distribución del equipo en una radio base [10] ........................................... 54
Figura 6. 2: Distribución del BBU y la RRU en una radio base [10] ............................. 55
vii
Figura 6. 3: Conexión entre los diferentes equipos que componen una radio base [10]
...................................................................................................................................... 56
Figura 6. 4: Distribución eléctrica del APM al resto de los equipos en la radio base
[10] ................................................................................................................................ 56
Figura 6. 5: Sistema de alimentación solar [9] ................................................................. 61
Figura 6. 6: Coeficiente potencia de un aerogenerador [31] ........................................... 65
Figura 6. 7: Curva de potencia [31] .................................................................................. 66
Figura 6. 8: Sistema de alimentación solar-eólico [9] ...................................................... 66
Figura 6. 9: Grafico velocidad contra energía producida por generador eólico [29] ... 67
Figura 6. 10: Operación del sistema [32] .......................................................................... 68
Figura 6. 11: Operación del sistema durante la noche [32] ............................................ 69
Figura 6. 12: Operación del sistema durante una falla[32] ............................................ 69
Figura 6. 13: Sistema de alimentación Solar-Diesel [9] ................................................... 70
Figura 6. 14: Diagrama de selección de turbinas [44] ..................................................... 75
Figura 6. 15: Turbina Pelton [42] ...................................................................................... 76
Figura 6. 16: Turbina flujo cruzado [42] .......................................................................... 77
Figura 6. 17: Diagrama de un generador sincrónico [44] ............................................... 78
Figura 6. 18: Diagrama general de un sistema de generación, 1kW [30] ...................... 82
Figura 6. 19: Grafico comparativo OPEX energía solar/diesel [28] .............................. 87
Figura 6. 20: Grafico comparativo OPEX energía eólica/diesel [28] ............................. 88
Figura 6. 21: Grafico comparativo OPEX energía hibrido/diesel [28] .......................... 89
Figura 6. 22: Gráfico de costos para centrales convencionales y baja escala [44] ........ 91
viii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 4. 1: Cuadro comparativo de energías renovables y tradicionales ...................... 37
Tabla 5. 1: Principales cuencas de Costa Rica[38] .......................................................... 48
Tabla 6. 1: Soluciones energéticas recomendadas por cargas [27] ................................ 83
Tabla 6. 2: Lista de precios según carga para sistemas de alimentación solar.[29] ..... 84
Tabla 6. 3: Lista de precios según carga para sistemas de alimentación eólica. [29] ... 84
Tabla 6. 4: Lista de precios según carga para sistemas de alimentación hibrido. ........ 85
Tabla 6. 5: CAPEX para distintos sitios instalados con energías renovables [27] ........ 85
Tabla 6. 6: OPEX energía solar [28] ................................................................................. 87
Tabla 6. 7: Cuadro comparativo OPEX energía eólica [28] ........................................... 88
Tabla 6. 8: Cuadro comparativo OPEX energía hibrida [28] ........................................ 89
Tabla 6. 9 Distribución de costos de las obras [43] .......................................................... 90
Tabla 6. 10 Precios de equipo electromecánico [30] ........................................................ 92
ix
NOMENCLATURA
ANATEL
Agencia Nacional de Telecomunicaciones
APM
Advanced Power Management
Manejo Avanzadode Poder
BBU
Base Band Unit
Unidad Base de Banda
BTS
Base Transfer Station
Estación Base Transmisora
CA
Corriente Alterna
CC
Corriente Continua
Cd
Cadmio
CO2
Dioxido de carbono
CAPEX
Capital Expenditures
Gastos de Capital
dB
Decibel
GMG
Grupo Motor Generador
x
GSMA
GSM Association
Asociacion de GSM
GSM
Global System for Mobile Comunications
Sistema Global para Comunicaciones Mobiles
ICE
Instituto Costarricense de Electricidad
IPS
Sistema de energía hibrido inteligente
ITU
Iternational Telecomunication Union
Union internacional de telecomunicaciones
KW
Kilo Watt
Ni
Niquel
OPEX
Operational Expenditures
Gastos de Operacion
RF
Radio Frecuencia
RRU
Remote Radio Unit
Unidad Remota deRadio
VCC
Voltaje en Corriente Continua
xi
RESUMEN
El presente trabajo muestra la incursión de las energías renovables no contaminantes en el
uso de estaciones base para sistemas de telecomunicaciones, como alternativa al uso de la
red eléctrica tradicional y al uso de respaldos de diesel. Se muestra la disponibilidad de las
energías eólica, pico hídrica y solar en las diferentes zonas de Costa Rica, para así determinar cual diseño es más conveniente usar para la alimentación de una estación base a instalar
en alguna región de Costa Rica. También se estudia cada uno de los diseños de alimentación que utiliza energías renovables no contaminantes para estaciones base y así determinar
que diseño es el más adecuado para cada región.
Para elaboración de este trabajo se analizó el funcionamiento de las estaciones base, la disponibilidad de las energías eólica, solar y pico hídrica en Costa Rica, se comparó los sistemas tradicionales de energía con los nuevos sistemas que utilizan las energías renovables y
por último se analizaron los diseños óptimos que utilizan una o más energías renovables
para la alimentación de estaciones base. Para el estudio de la disponibilidad de cada una
de las energías en cada región se estudio la radiación solar, la velocidad del viento y la disponibilidad de recurso hídrico en cada región del país. Se analizaron los costos de operación de cada uno de los diseños que ayudaran a determinar cuál es el más adecuado según
necesidades y región del país. Se estudio cada diseño que utilice cada una de las energías
renovables comprobando que aún falta mucho por avanzar en algunos de ellos mientras
otros están bastante desarrollados.
Por último se exponen las conclusiones y recomendaciones de este trabajo que deja expuesto el panorama para una posible incursión de las energías renovables no contaminantes en
el sistema de telecomunicaciones de Costa Rica.
xii
CAPÍTULO 1: Introducción
Una investigación de CISCO proyecta que el tráfico de datos móviles anual alcanzará 3.6
Hexabytes (1 Hexabyte = 260 bytes) por mes o una tasa anual de 40 Hexabytes para el año
2014. Tal cifra es igual a un crecimiento 39 veces de 2009 a 2014, o una tasa de crecimiento anual compuesto (CAGR) del 108 por ciento. [19]
Este crecimiento debe ser respaldado con la infraestructura correspondiente en términos de
los diversos equipos requeridos para brindar los servicios.
De lo anterior, uno de los detalles que preocupa es el relativo a la alimentación de energía
dado que este crecimiento implica un incremento significativo en este punto.
El caso de las estaciones base, requiere de un análisis particular dado que su ubicación
podría representar un problema para su alimentación.
Por ejemplo, si se ubican en sitios remotos, podría no contar con energía comercial por lo
que requieren de una planta propia, normalmente alimentada de diesel y respaldada con baterías.
En sitios no remotos, el uso de la planta y las baterías también es utilizado como respaldo a
los sistemas AC comerciales.
Como puede observarse, normalmente se ha estado recurriendo a energías contaminantes
como alimentación principal o de respaldo en las estaciones base.
1
2
Las políticas mundiales provenientes de las reuniones sobre cambio climático y contaminación, han recomendado el uso de energías renovables en los ámbitos en los que sea posible.[19]
Al respecto, organizaciones como la Asociación Sistema Globales Móviles GSMA y La
Unión Internacional de Telecomunicaciones UIT, han optado por impulsar el uso de energías renovables para satisfacer las necesidades energéticas de las estaciones base.[19]
Se estima que si a nivel mundial se lograra que un 9% de las estaciones base que se alimenten con energías renovables no contaminantes, se daría una disminución de 3 millones de
toneladas de CO2 al año, además de un ahorro en gastos de carburante de 1300 millones de
dólares.[19]
Aparte del punto de vista ecológico y funcional también se tiene que tomar en cuenta el
punto de vista económico, para esto se toma en cuenta el valor de la inversión inicial, que
se conoce como CAPEX, que es la cantidad de capital que se necesita para empezar el proyecto, y otro valor a tomar en cuenta es el costo de mantenimiento, también conocido como
OPEX, es el costo que conlleva la operación y el mantenimiento de los equipos.
Las energías renovables no contaminantes más populares que se impulsan para alimentar
estaciones base son la eólica, solar y pico hídrica. Este tipo de energía requiere ciertas condiciones ambientales para ser implementada (suficiente sol, suficiente viento, disponibilidad de recurso hídrico), por lo que es necesario hacer un análisis por región para determinar
con qué tipo de energía renovable se cuenta.
El propósito de este seminario es hacer un análisis de los diversos tipos de energía renovable no contaminantes disponibles en el país, para llevar a cabo un diseño de alimentación
óptimo de las estaciones base para cada tipo de energía y elaborar un mapa nacional de re-
3
cursos de energía renovable no contaminante para utilizar en las estaciones base de sistemas móviles que se instalen en Costa Rica.
La contribución principal es la elaboración de un mapa nacional que muestre los tipos de
energía renovable no contaminante disponibles según la región y que apliquen para utilizar
como alimentación de estaciones base de sistemas móviles. Se identificará la cantidad de
horas – sol mensuales estimadas por región, se calculará la frecuencia y fuerza del viento
estimadas por región, disponibilidad de recurso hídrico con posibilidades de desarrollar
energía por región. Este mapa permitirá identificar la mejor opción de alimentación de las
estaciones base utilizando energías renovables no contaminantes.
Otra contribución es la elaboración de un diseño óptimo de alimentación de las estaciones
base para cada tipo de energía estudiada, utilizando las tecnologías más recientes y más recomendables para el caso de Costa Rica y un diseño que combine diversas energías renovables.
1.1 Objetivos
1.1.1 Objetivo general
Elaborar un mapa nacional que muestre los tipos de energía renovable no contaminante
disponibles según cada región y que apliquen para utilizar como alimentación de estaciones base de sistemas de telecomunicaciones móviles y realizar un diseño óptimo de
alimentación de éstas según cada tipo de energía analizada, así como un diseño que
combine diversas energías renovables.
1.1.2 Objetivos específicos
·
Conocer y analizar el funcionamiento de las estaciones base de sistemas de telecomunicaciones móviles.
4
·
Conocer y analizar los métodos tradicionales de alimentación de las estaciones
base.
·
Conocer y analizar las opciones de energía renovable no contaminante que
existen actualmente y que aplican para alimentar estaciones base de sistemas
de telecomunicaciones móviles.
·
Realizar un análisis comparativo entre las energías tradicionales y las renovables no contaminantes para determinar ventajas y desventajas en su aplicación
para estaciones base de sistemas móviles.
·
Identificar otras opciones de energía renovable no contaminante emergentes
que podrían utilizarse en el futuro.
·
Hacer una investigación detallada sobre fuentes de energía renovable no contaminantes según cada región de Costa Rica.
·
Elaborar un mapa nacional que muestre los tipos de energía renovable no contaminante disponibles según cada región y que apliquen para utilizar como
alimentación de estaciones base de sistemas móviles.
·
Realizar un diseño óptimo de alimentación de las estaciones base de sistemas
móviles según cada tipo de energía renovable no contaminante identificada,
utilizando las tecnologías más recientes y que mejor apliquen para el caso de
Costa Rica y elaborar un diseño que combine diversas energías renovables.
·
Desarrollar un estudio ingeniería económica en lo relativo al ahorro debido al
uso de dispositivos para energizar las estaciones base en comparación con el
uso tradicional de energías contaminantes. Asimismo, en lo que respecta a la
recuperación de la inversión en infraestructura no contaminante.
5
1.2 Metodología
Para la elaboración de este seminario, se realizaron las siguientes fases:
1. Analizar el funcionamiento de las estaciones base de sistemas de comunicaciones móviles
2. Comparación de los sistemas tradicionales de alimentación de estaciones base, con las
opciones de energías renovables no contaminantes identificadas y analizadas. Para lo
cual, se elaboro una tabla comparativa que permita estimar la conveniencia o no de utilizar energías renovables no contaminantes. Dicha comparación considero el costo,
disponibilidad de la fuente, autonomía y conservación del ambiente.
3. Se verifico si Costa Rica tiene suficientes y variadas fuentes de energía renovable no
contaminante para utilizar en estaciones base de sistemas móviles. Esto se observo a
través de la elaboración de un mapa de Costa Rica que muestre la disponibilidad de
fuentes de agua, de corrientes de aire, radiación solar, etc. En cada una de las áreas de
Costa Rica. Lo cual, también permitió determinar cual energía es la mejor opción para
utilizar en la alimentaciones de estaciones base de acuerdo a la zona.
4. Se desarrollo un diseño para la alimentación de estaciones base que utilice las energías
renovables no contaminantes estudiadas. Dicho diseño se puede utilizar una o varias
energías de ser posible la combinación de estas.
CAPÍTULO 2: Funcionamiento de las estaciones base de
sistemas de comunicaciones móviles.
Las estaciones base son una parte esencial para llevar a cabo un sistema de telefonía móvil,
por lo que se explicará su funcionamiento dentro una red celular, así como su composición
para ir formando una idea del equipo que se tiene que alimentar eléctricamente en una radio
base y la carga que esto conlleva, además, se explicarán los conceptos desde el punto de
vista de la tecnología 3G, debido a que es la tecnología más moderna que se maneja en el
país, a nivel de telefonía móvil. [10, 24, 33]
2.1 Funcionamiento de una estación base dentro de una red de telefonía móvil.
Un sistema de telefonía móvil está compuesto por una serie de elementos interconectados
entre sí, los cuales pueden separarse en cuatro grupos, a saber: el grupo de la red de acceso,
el grupo de la red de núcleo o central, el grupo de los terminales y el grupo de los servicio
de valor agregado. [10, 24, 33]
El grupo de la red de acceso es el encargado de proveer la interfaz entre los usuarios y la
red central, así como de asignar los canales de acceso al medio, dar cobertura a los usuarios de la red; aquí es donde se encuentran ubicadas las radio bases. [10, 24, 33]
El grupo de la red central es el encargado de realizar todos los enrutamientos de las llamadas, la autenticación de los usuarios, el aprovisionamiento de servicios, es el cerebro de la
red. [10, 24, 33]
El grupo de la red de los terminales, son los dispositivos móviles desde donde se conecta a
la red el usuario.
6
7
El grupo de los servicios de valor agregado es el encargado de todos los servicios extra que
lleva una red celular como SMS (por sus siglas en ingles, Short Message Service), mensajería multimedia, prepago, video llamadas y demás.
En la figura 2.1 se puede observar un esquema de la conformación de una red celular
Figura 2. 1: Esquema de una red de telefonía móvil [10]
De la figura 2.1 se observa la nube denominada UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access
Network) que significa red de acceso radio terrestre UMTS, es la parte de la red encargada
de darle a los usuarios el acceso a la red central, en esta parte de la red es donde están ubicadas las radio bases. [10, 24, 33]
Como su nombre lo dice UTRAN, red de acceso radio terrestre UMTS, esta es la que permite a los usuarios conectarse con la rede central por vía radio.
8
UTRAN está conformado por las diferentes estaciones base y por sus controladoras, que
son las encargadas de manejar la información que llega a las radio bases vía radio.
UMTS (Servicio Universal de Telecomunicaciones Móviles) es una tecnología de tercera
generación (3G) de banda ancha basada en paquetes de transmisión de texto, voz digitalizada, vídeo y multimedia a velocidades de hasta 2 Mbps. UMTS ofrece un conjunto consistente de servicios de informática móvil y los usuarios de teléfonos, sin importar dónde se
encuentren en el mundo. UMTS se basa en el Sistema Global para Comunicaciones Móviles (GSM) de comunicación estándar. También es aprobada por los órganos principales
estándares y los fabricantes como el estándar previsto para los usuarios móviles de todo
el mundo. [43]
Dentro del contexto de la telefonía móvil, hay dos conceptos que se deben dejar claros, como el de coberturas, que es el área geográfica en sí que cubre la señal emitida por una estación base o por un conjunto de estaciones base, dentro de la cual funciona el servicio móvil.
El otro concepto importante es el de capacidad, que es la expresión del número de llamadas que ocurren dentro del área de cobertura por un cierto período de tiempo establecido o,
en otras palabras, el número de conversaciones que un determinado sistema puede atender
simultáneamente. La capacidad está asociada a la disponibilidad de los enlaces. [10, 24, 33]
Ambos conceptos, cobertura y capacidad, están relacionados, debido a que a menor cobertura geográfica mayor capacidad va a tener la zona o la celda, pues son menos los usuarios
que compiten por los recursos y viceversa. Cuando se instala una nueva radio base implica
una ampliación de ambos, debido a que se puede repartir mas radio bases geográficamente
lo cual genera una mayor cobertura y a la vez una mayor capacidad de recursos. [10, 24,
33]
9
También se da el problema de la falta de cobertura en algunos lugares, también conocido
como sombras, entonces debido al coste económico que con lleva instalar una radio base,
se crearon los repetidores celulares, estos dan mayor cobertura pero mantienen la misma
capacidad, estos repetidores básicamente lo que hacen es amplificar la señal que reciben de
la radio base para poder lograr así una mayor cobertura. [10, 24, 33]
2.2 Funciones de la radio base
A la estación base le corresponde el proceso de transmisión-recepción y el manejo de las
antenas utilizadas para cada celda de la red. Una estación base se suele colocar en el centro
de una celda, o de un grupo de celdas. Cada estación base cuenta tiene entre 1-16 antenas
dependiendo de la densidad de los usuarios en la celda. [10, 24, 33]
Dentro de las distintas funciones que tiene la radio base se encuentran:
·
Codificación, encriptación, la multiplexación de modulación, y la alimentación de
las señales de RF a la antena.
·
Transcodificación y adaptación de la tasa de datos.
·
La sincronización del tiempo y la frecuencia.
·
La detección de acceso aleatorio.
·
La medición de los canales de subida
·
Decodificar, descifrar y las señales recibidas
Las celdas mencionadas anteriormente se refiere a la división que se hace de la red celular
por zonas, para poder tener un manejo de los recursos. Lo que se hace es que se divide geográficamente el territorio en celdas, las cuales son administradas por una estación base,
que es la que se encarga de dar cobertura y comunicación a los dispositivos móviles ubicados en la celda, como se observa en la figura 2.2 [10, 24, 33]
10
Figura 2. 2: División por celdas de una red celular [33]
Cabe mencionar que las estaciones bases son controladas por un elemento de red llamado
RNC (Radio Network Controler) , el controlador de las estaciones base administra los recursos de radio para una o más estación base. Se ocupa de la configuración de canales de
radio, salto de frecuencia, y el traspaso. El controlador es la conexión entre el móvil y el
MSC (mobile switching center), que es lo que podría entenderse como “el cerebro” de la
red
central.
El controlador, la RNC tiene diferentes funciones a su vez como:
· Asignar y liberar las frecuencias y las ranura de tiempo (mejor conocidas como time
slots) para los dispositivo móvil.
· También se encarga de la entrega entre celdas.
· Controla la transmisión de energía de la radio base y el dispositivo móvil en su celda.
· Asignación de los espacios de tiempo necesario entre la radio base y la MSC. Se trata
de un dispositivo de conmutación que maneja los recursos de radio.
2.3 Elementos que conforman una radio base
11
Las estaciones base esta conformadas por dos clases de elementos, los que tienen funcionalidad técnica y los elementos de infraestructura. [24]
Elementos de funcionalidad técnica:
· Sistemas radiante, mejor conocido como las antenas
· Cableado que transporta las señales de radiofrecuencia hasta las antenas
· Equipos de generación y recepción de señales de radiofrecuencia
· Equipos de proceso y control de señales recibidas y transmitidas
· Elementos que enlazan la estación base y los centros de conmutación de la red troncal
fija. Estos elementos pueden ser, una línea cableada punto a punto o bien una antena
adicional que acostumbra a ser un reflector parabólico de entre 30 y 120 centímetros
de diámetro. [24]
Figura 2. 3: Elementos de una radio base [10]
Elementos de infraestructura:
· Caseta de instalaciones. Su objetivo es proteger el resto de elementos de la intemperie
12
· Sistemas de seguridad física (anti intrusión y anti incendios)
· Suministro de fluido eléctrico para los equipos que lo requieren.
· Sistemas de refrigeración.
· Sistema de soporte para la conducción de cables desde los sistemas radiantes hasta la
caseta.
· Línea de tierra que sitúa a potencial la estructura metálica.
· Sistema soporte de las antenas [24]
En las figuras 2.3, 2.4 se pueden observar los diferentes elementos que conforman una
radio base.
Figura 2. 4: Estructura de una radio base. [24]
13
CAPÍTULO 3: Alimentación tradicional de las estaciones base
Las estaciones base, como se ha indicado anteriormente, están compuestas por equipos
eléctricos encargados de recibir, transformar, procesar y transmitir señales de naturaleza
electromagnética.
Como cualquier equipo eléctrico, las estaciones base requieren energía eléctrica para operar
correctamente y llevar a cabo sus funciones para las cuales fueron diseñadas. Una estación
base típica, en condiciones de operación de alta demanda de energía, requiere en promedio
2kVA para operar.
En Costa Rica, la alimentación eléctrica de las estaciones base se realiza mediante dos tipos
de fuentes primordialmente, a saber, servicio eléctrico de distribución comercial AC y mediante plantas de emergencias alimentadas por diesel.
3.1. Servicio Eléctrico de distribución comercial AC
Este tipo de energía es brindado en Costa Rica a través de ocho empresas dedicadas al servicio público, las cuales están encabezadas por el Instituto Costarricense de Electricidad,
seguidos por la Compañía Nacional de Fuerza y Luz, empresas municipales y cooperativas
de electrificación rural en las distintas zonas del país. [21]
Esta energía utilizada para la alimentación de estaciones base, proviene de diferentes fuentes o tipos de generación.
14
Actualmente, se cuenta con cinco diferentes fuentes de generación eléctrica en el país, a saber, energía hidroeléctrica, geotérmica, eólica, térmica y biomasa. La generación hidroeléctrica representa el 65% de la capacidad de potencia instalada en el país, siendo los
proyectos Angostura, Arenal y Corobici-Dengo los que poseen una mayor potencia efectiva
disponible, con 180, 157 y 174 megavatios, respectivamente. [21]
La generación térmica mediante combustibles fósiles representa el 24% de la capacidad de
potencia instalada en el sistema eléctrico. Este tipo de generación utiliza principalmente
como combustibles el diesel y bunker. Una de las plantas con mayor capacidad de potencia
efectiva disponible es la Planta Moin Gas, con 209 megavatios. [21]
La generación geotérmica representa en el país el 7% de la capacidad de potencia instalada.
Este tipo de generación aprovecha el vapor de agua proveniente del subsuelo para producir
electricidad. Las plantas más representativas de este tipo de generación son Miravalles I y
Miravalles II, ambas con una potencia efectiva de 55 megavatios. [21]
La generación eólica y biomasa representan el 3% y 1% de la capacidad de potencia instalada. Una de las plantas eólicas de mayor potencia efectiva disponible es Tejona con 20
megavatios. Por otro lado, en la generación mediante biomasa es El ingenio Taboga con 17
megavatios de potencia. [21]
En al siguiente figura 3.1 se observa la distribución del aporte de las diferentes fuentes de
energía mencionadas, tanto a nivel de la potencia instalada, así como del total generado en
los últimos años.
15
Figura 3. 1: Capacidad instalada y generación por fuente energética. [21]
3.2. Plantas de emergencias alimentadas por diesel
Las plantas generadoras a diesel o grupo electrógeno, están compuestas de un motor de
combustión interna conectado a un generador. Este motor de combustión interna produce
energía mecánica a partir de energía química de un combustible que arde dentro de la
cámara de combustión del motor. [39]
De forma general, los principales componentes del sistema electromecánico de estas plantas
incluyen: El motor¸ se utiliza principalmente motores a diesel de 4 tiempos, regulador de
motor o gobernador, este dispositivo se encarga de mantener la frecuencia de giro del motor, la cual es directamente proporcional a la frecuencia eléctrica de potencias entregadas
por el generador.
El Sistema eléctrico del motor, normalmente opera en corriente continua con valores típicos de 12 ó 24 voltios, utilizando baterías o acumuladores libre de mantenimiento. Sistema
de enfriamiento, este puede implementarse mediante aire, agua o aceite; en caso de aire se
realiza utilizando ventiladores, mientras para el caso del agua o aceite, se utiliza un radiador
y un ventilador interior que enfría sus propios componentes.
16
El generador o alternador, es una máquina eléctrica, la cual se encarga de convertir la
energía mecánica entregada por el motor en energía eléctrica, por la interacción de un campo magnético variable, que al producir un flujo a través de un núcleo, genera una fuerza
electro-motriz alterna, generando de esta forma la potencia de salida para la cual ha sido diseñado la planta eléctrica de emergencia. [39]
La planta de emergencia, cuenta con un sistema de transferencia automática, el cual se encarga de detectar el momento en que falla el servicio eléctrico comercial AC (normal) y envía señal para que la planta de emergencia se active, posteriormente se encarga de transferir
la carga de la estación base a la planta de emergencia.
El sistema de transferencia automática, normalmente está provisto por un juego de interruptores termo-magnéticos (uso normal y emergencia), los cuales son accionados mediante
servo motores, también está provisto de sensores de voltaje, sensores de frecuencia, circuitos comparadores, circuitos de medición y alarmas (temperatura, presión de aceite, arranque
excesivo, sobrevelocidad, voltaje anormal generado). Todos estos componentes de control
son dirigidos por un microprocesador.
Figura 3. 2: Planta de emergencia. [39]
17
En la figura 3.2 se presenta un esquema general de una planta o generador térmico; en esta
figura puede apreciarse los elementos básicos de este tipo de maquinaría, como lo es el motor, el generador y el sistema de control del mismo.
Este tipo de energía es utilizada principalmente como energía de respaldo, o alimentación
secundaria cuando falla el fluido eléctrico comercial y ya se han agotado los bancos de baterías con que normalmente cuentan las estaciones base.
Un factor que no debe ser despreciado, es el hecho que en Costa Rica no se cuenta con depósitos, ni reservas de combustibles fósiles, por lo que el diesel, y otros derivados del
petróleo, deben ser importados al país. La generación térmica, a pesar de aportar solo una
pequeña parte para las necesidades, tiene un papel muy importante como complemento y
respaldo.
3.3. Banco de baterías
Otro método tradicional de alimentación de estaciones base en casos de respaldo son los
bancos de baterías.
El banco de baterías deberá estar compuesto de celdas individuales de tensión nominal cada
uno, en la cantidad necesaria considerando la tensión nominal de los consumidores. Se utilizaran solo con el objeto de evitar la interrupción de energía CC a los equipos del sistema
de comunicación en el momento de corte de la energía alterna o avería del sistema de alimentación CC. [42]
Dentro de las principales características que debe cumplir un sistema de banco de baterías
utilizado como respaldo, se mencionan: [42]
· Los bornes deberán estar protegidos contra la corrosión y contra agresión mecánica
por toda la vida útil de la batería.
18
· Los vasos que componen cada una de las celdas individuales serán del tipo cerrado.
· Los conectores deben estar provistos de una cubierta hecha de resina sintética, que
servirá de protección contra posibles fallas debidas a corto circuito accidentales.
· Deberán ser especificados por el fabricante los valores de ajustes según la variación
de la temperatura.
· Los polos de cada vaso deberán estar correctamente indicados y diferenciados por
medio de color y los signos “+” y “-“.
· La capacidad del banco de baterías debe ser definida en función de la corriente de
consumo de todos los equipamientos a instalarse en cada estación, la presencia o no
de un sistema de emergencia de AC, la accesibilidad al sitio, distancia entre la estación y el centro de operación y mantenimiento más cercano.
· La autonomía del banco de baterías debe ser entre 3 a 6 horas como mínimo basándose en los criterios anteriormente mencionados.
· El banco de baterías debe ser instalado dentro de un contenedor adecuado con aire
acondicionado y podrá montarse en cualquier posición, salvo invertido, dependiendo del tipo y la capacidad, sobre bastidores de acero con revestimiento de protección contra la corrosión y deberá estar conectado al sistema de puesta a tierra de
protección de la estación.
· De preferencia deberán estar instalados en conjunto sobre un mismo Rack con los
equipos rectificadores y sistemas de control CC; salvo instalación interna, en que
deberán estar en bastidores separados. [42]
El banco de baterías deberá cumplir con ciertas condiciones dependiendo de su funcionamiento ya sea que esté en su funcionamiento normal (auto descarga), en recarga o en descarga.
19
3.3.1. Funcionamiento normal
El funcionamiento normal se da cuando el sistema opera de manera correcta, es decir, el
generador está siendo capaz de proveer la energía hacia la carga, por lo que, el banco de baterías se someterá a un régimen de carga de mantenimiento de manera a compensar su auto
descarga. [42]
La auto descarga, hace referencia al fenómeno en el cual el dispositivo acumulador de
energía experimenta una lenta pero continua descarga, aunque no esté brindando energía a
alguna carga específica; su comportamiento está determinado por las características intrínsecas de la batería y factores ambientales como la temperatura. [47]
El dispositivo encargado de que este funcionamiento normal se realice de forma correcta es
el regulador o controlador de carga, los cuales mediante componentes electrónicos monitorean la demanda de energía de la carga, con lo que se regula la corriente que las baterías absorben y la corriente que entregan, evitando una sobrecarga o una descarga profunda de la
misma, respectivamente. Así mismo, mantienen la corriente mínima para compensar la auto
descarga mencionada anteriormente. [47]
3.3.2. Funcionamiento en recarga
El proceso de recarga se da después de un prolongado tiempo de ausencia de la fuente primaria de alimentación, esto es que las baterías estuvieron supliendo durante mucho tiempo
la energía a la carga, entonces cuando se restablece la fuente primaria de alimentación, las
baterías vuelven a cargarse para llegar al nivel de voltaje adecuado en sus bornes para la
alimentación de la carga, esto se lleva a cabo por medio del sistema de regulación de carga.
[47]
20
La recarga se presenta cuando se obliga a pasar una corriente eléctrica a través de los bornes de la batería, en sentido contrario al que la batería entrega la corriente. Esto implica que
el proceso electroquímico cambia de sentido, generándose nuevamente los componentes de
los electrolitos iniciales. [47]
El regulador de carga, se encarga de evitar que esta recarga exceda los requerimiento de
carga especificados por el fabricante de una batería en particular. Una sobrecarga provoca
un aumento de temperatura y una mayor producción de gases en el proceso electroquímico,
lo cual reduce la capacidad y vida útil de las baterías. [47]
3.3.3. Funcionamiento en descarga
El banco de baterías tiene que ser capaz de alimentar la carga correctamente, mantenerla
trabajando durante un tiempo estipulado cuando se da la ausencia de la fuente primaria de
alimentación debido alguna falla.
Los tipos de batería más usados para hacer el banco de baterías son las baterías de NíquelCadmio (Ni-Cd) y las baterías de Plomo-Acido. [47]
Las baterías Ni-Cd y las baterías de Plomo-ácido tienen una estructura similar, la diferencia
está en que en lugar de Plomo las baterías de Ni-Cd utilizan hidróxido de Níquel para las
placas positivas y óxido de Cadmio para las negativas. El electrolito es hidróxido de Potasio. La baterías de plomo-acido tiene la ventaja de que son mas económicas que las baterías
Ni-CD. [42]
Las baterías Níquel-Cadmio, a pesar de que son más caras que las baterías de plomo-acido,
tienen la ventaja que su coste de mantenimiento es más económico y tiene una vida más
larga, aparte otra ventaja es que tienen un bajo coeficiente de descarga, se pueden descargar
totalmente y no sufren daños, admiten una descarga que esta sobre el 90% de su capacidad
21
nominal, lo que hace que sea una cualidad muy llamativa para los sistemas de telecomunicaciones. Otra diferencia está en que las baterías de Ni-Cd tienen un voltaje nominal de 1.2
V y las baterías de Plomo-Acido tienen un voltaje nominal de 2 V. [42]
Los componentes de ambos tipos de baterías son altamente contaminante y los procesos de
reciclado no están bien establecidos, sin embargo estas son las que más han acaparado el
mercado, esto no pasa desapercibido y se generan otras alternativas para producir baterías
recargables que sean fiables como las baterías de litio y las de hidruro metálico, que son las
que van encontrando un mayor consenso en cuanto a su potencial y un mayor esfuerzo en
su investigación y desarrollo a nivel mundial. [42]
22
CAPÍTULO 4: Energías renovables no contaminantes
Los problemas que se han encontrado en la alimentación de las estaciones base en general a
nivel internacional son los siguientes:
-
Uso de energías contaminantes como alimentación principal o de respaldo.[2]
-
Baja confiabilidad de la alimentación comercial, como en países de bajos recursos y
afectados por guerras como Liberia. [1, 2, 48]
-
Baja cobertura de la energía comercial, algunos casos claros son países como
Kenya, Camerún y Mozambique. [1, 2, 49]
-
Alto costo de las energías contaminantes.[2]
Adicionalmente, algunos inconvenientes asociados al uso de energías contaminantes son:
· La dependencia de los combustibles (aumento mundial de los precios del petróleo, los
recursos limitados en el futuro).
· Transporte a los sitios (grandes distancias y el costo de transporte intensivo).
· Almacenamiento del combustible en el sitio (los problemas de seguridad - explosiones, vandalismo, etc).
· No es posible una operación no intencionada (costo personal muy alto).
· Alto costo de mantenimiento (aceite, filtros, etc).
· La contaminación (ruido, el calor y la suciedad).
Se ha concluido que el uso de energías renovables no contaminantes vendría a dar solución
a esta problemática. [2, 4]
23
A continuación se describen los aspectos más relevantes en cuanto al estado de la investigación sobre las energías renovables principales que pueden utilizarse en estaciones base.
4.1. Energía eólica
Una estación base consume a lo sumo 2 KW, por lo que no es necesario y mucho menos
rentable, construir un parque eólico o inclusive utilizar una torre eólica convencional para
alimentar una estación base. Para esto se han diseñado pequeñas turbinas eólicas, que generan hasta 20 KW, lo suficiente para mantener una estación base funcionando.[4]
Su diseño permite la facilidad de ubicarla prácticamente en cualquier lugar, sin necesidad
de ocupar mucho espacio. Usualmente se colocan en la parte superior de las antenas para
que el viento las mantenga funcionando. [2,4]
Figura 4. 1: Turbina eólica para estaciones base. [9]
Existen muchos modelos de turbinas eólicas de baja escala y diferentes maneras de conectarlas a las estaciones base, pero uno de los modelos más utilizados, es mediante un rectificador para la electricidad que se obtiene con la turbina, un controlador que se encarga de
regular la energía que se almacena en baterías para uso de la estación base y un circuito
supresor de transientes.[4]
24
Figura 4. 2 Conexión de una turbina eólica. [22]
Otro atractivo de esta energía renovable para estaciones móviles, es que no requiere de
enormes corrientes de aire, con solo una brisa de aire a una velocidad de 3 m/s es suficiente
para que estas pequeñas turbinas funcionen, lo cual las hace ser muy funcionales. [4,9]
Figura 4. 3: Prueba de generación de una turbina eólica de baja escala. [9]
25
Como desventaja, este tipo de energía renovable no es constante durante todo el año, por lo
que en muchas ocasiones se utilizan híbridos con paneles solares para compensar la falta de
viento.
4.2. Energía solar
Las ventajas de los sistemas de generación mediante paneles solares que se han identificado
son:
· Independencia de petróleo, el gas y la utilidad de la red.
· Muy bajos costos de mantenimiento.
· Por lo general no se requiere personal de operación.
· Larga duración (sólo las baterías deben ser cambiados cada 5 a 8 años).
· No hay contaminación, sin ruidos, sin suciedad [3]
Figura 4. 4: Vista de una estación base alimentada por energía solar. [13]
26
Figura 4. 5: Sistema fotovoltaico. [13]
Hay tres factores principales que determinan la viabilidad técnica y financiera de las implementaciones de energía solar para sitios de redes móviles:
· El costo de la distribución regional del diesel. Por ejemplo, la energía verde no es
atractiva en Venezuela, donde el costo de diesel es de $ 0,02 por litro, sin embargo
es convincente en regiones como Chile, donde el costo incluso a sobrepasado los
$2,00 por litro.[50]
· Las radiaciones solares, insolación (fuerza de la radiación solar), varían ampliamente
en todo el mundo. La selección del sitio debe tomar cuenta la disponibilidad y la
coherencia de las fuentes de energía solar.
· Requisito de carga del sitio. La viabilidad financiera y técnica de la energía solar se
degrada a mayor carga[3]
La tecnología solar se encuentra actualmente entre las tecnologías más atractivas para alimentación de los sitios de estaciones base.
27
Debido a la abundancia del recurso solar, la mercantilización de los módulos solares, la facilidad de la planificación y ejecución de bajos costos, la energía solar es una opción favorita de soluciones de energía verde en muchas regiones de los sitios de carga pequeños (<2
kW). Sin embargo, escalas CAPEX (CApital EXpenditures o gastos de capital) proporcionalmente con la carga y soluciones solares, son económicamente menos atractivo para los
grandes sitios. Los costos de las soluciones solares se prevé que disminuyan aún más con la
entrada al mercado de silicio, materia prima principal para la energía solar, ya que según
los proveedores, actualmente existe la tendencia de un considerablemente aumento en los
suministros de silicio. [2]
Figura 4. 6: Tendencia de costos de los sistemas solares para estaciones base del 2004 al 2010. [13]
La mayoría de las estaciones base que usan energía solar se encuentran en sitios como
Bangladesh y Ruanda, donde los operadores de telecomunicaciones están invirtiendo en
alimentación de las estaciones base con energía solar. [13]
28
Se estima que las estaciones base alimentadas con energía solar, crecerán desde niveles bajos como hoy en día, a más de 40.000 instalaciones para finales de 2013. [3,9]
4.3. Energía pico hídrica
La energía pico hídrica, hace referencia a instalaciones hidroeléctricas con niveles de generación, típicamente menores a 10 KW. En zonas montañosas con alta densidad de lluvia y
presencia de ríos, la energía pico hídrica puede proporcionar una efectiva solución para la
alimentación de estaciones base. [40]
El sistema de generación pico hídrica, está compuesto en forma general por los siguientes
elementos: El cauce de un río, canal o embalse, de donde se toma el recurso hídrico, una
tubería forzada por la cual se transporta el flujo de agua, la casa de máquinas, donde se encuentra el equipo electromecánico (turbina-generador) que se encargará de transformar la
energía mecánica en energía eléctrica, un canal de desfogue donde se deposita el agua ya
utilizada o “turbinada”, posteriormente se encuentran los dispositivos almacenadores de
energía y la carga.
En la figura 4.7, se presenta un diagrama general de un sistema que implementa generación
pico hídrica para estaciones base, con los elementos antes mencionados.
29
Canal de desfogue
Compuerta
Gabinete
de baterías
Turbina
Generador
Estación Base,
tecnología “Indoor”, en caja
fuerte.
Figura 4. 7: Esquema de un sistema pico hídrico. [5]
Este tipo de energía renovable presenta las siguientes ventajas:
· Posee una vida útil superior a los veinticinco años.
· Cuenta con bajos requerimientos de mantenimiento, con una lubricación periódica del
sistema rotatorio. Cada cinco años se recomienda una revisión exhaustiva, incluyendo el reemplazo de componentes claves de las partes móviles.
· A diferencia de las fuentes de energía solar y eólica, este tipo de energía, según las
características del caudal hídrico, puede ser diseñado para suplir por completo los
requerimientos de carga, lo cual minimiza el uso de combustibles fósiles y baterías
para su respaldo.
· Según la GSMA, en su programa “Green Power for Mobil”, el costo por KW generado, es el menor en comparación a las demás opciones de energía renovable no contaminantes para la alimentación de estaciones base. [27]
Las principales desventajas de este tipo de energía para la alimentación de estaciones base
son las siguientes:
30
· La evaluación de la viabilidad de este tipo de proyecto debe basarse en la ubicación
específica del sitio donde se implementaría este tipo de sistema. Además, se cuenta
con información limitada sobre la disponibilidad del recurso hídrico a nivel picohídrico.
· La disponibilidad de lugares para la ubicación de una central pico hídrica para la alimentación de estaciones base, puede verse limitada por el hecho de que estas estaciones base normalmente son ubicadas en puntos estratégicos para la emisión y
recepción de señales (sitios elevados) pero las corrientes de agua se ubican en los
valles.
· No existe una estandarización de equipo a escala global, por lo que el equipo de generación a utilizar debe ser cuidadosamente seleccionado, desde el punto de vista de
su origen, al no contar con el mismo o con la capacidad requerida localmente.
La energía pico hídrica ha sido utilizada ampliamente en la electrificación en muchos países, entre ellos, Vietnam, Nepal, Perú, así como en Kenia, donde el “Centro Micro Hidro”
de la Universidad de Nottingham, generó 2,2 KW de electricidad con un costo total menor
a los 6 500 dólares. [40]
Según la GSMA, en la actualidad existen pocos usos de la energía pico-hídrica en sistemas
de telecomunicaciones, pero existe una tendencia hacia la investigación e implementación
de los mismos.
En síntesis, la energía pico hídrica es una tecnología bastante madura, pero que, la estandarización de equipo y partes, así como una mayor fiabilidad de esta, serán factores claves para el desarrollo futuro.
31
4.4. Empresas y organizaciones que impulsan las energías renovables
Existen varias empresas de telecomunicaciones que están impulsando el uso de energías renovables para estaciones base, como una solución para alcanzar lugares que los métodos
convencionales no permiten y así satisfacer la demanda energética. Asimismo, para cumplir con la responsabilidad ambiental que las empresas están asumiendo.
Alcatel-Lucent ha desarrollado el proyecto “Programa de Energías Alternativas para las
Comunicaciones Globales Ecológicas”, el cual fue seleccionado como ganador de la competencia de las energías sostenibles en Europa 2010. Este programa busca el desarrollo y
construcción de estaciones base impulsadas por energía renovable, pero también pretende
facilitar que las estaciones base ya instaladas, se puedan reacondicionar para trabajar con
energías renovables. [8,9]
Ericsson es otro de los grandes impulsores de energía verde para estaciones base. Desde el
año 2000 ha instalado más de 200 estaciones base alimentadas por energía solar en África,
Asia y otros sitios. Esto ha guiado a Ericsson a desarrollar el modelo GSM RBS 211, de bajo consumo y de energía solar. [3]
Huawei, líder en fabricación de soluciones móviles, se comprometió en agosto de 2009, de
construir estaciones base que funcionen con energía solar en Bangladesh, para lo cual ha
firmado un convenio con Grameenphone, el cual es un proveedor líder de servicios de telecomunicaciones en tal sitio, con más de 21 millones de usuarios. [8,9]
También hay organismos internacionales que están dando gran empuje al desarrollo de estaciones base alimentadas por energía renovable. La Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) y la Asociación de Sistemas Globales Móviles (GSMA) están impulsando
esta idea. Ambas organizaciones están lanzando publicaciones, programas y campañas que
muestran la recuperación de la inversión, el ahorro por reducción por compra de combusti-
32
ble y aporte ecológico en la reducción de CO2 al utilizar energías renovables en estaciones
base. [2,8,9]
El siguiente cuadro muestra el total de estaciones base alimentadas con energías renovables
previstas para 2012 en función de los requisitos de recuperación de la inversión de los operadores.
Figura 4. 8: Beneficios de uso de estaciones base. [2]
En Costa Rica, no se identificó un estudio específico sobre alimentación de las estaciones
base por medio de energías renovables. No obstante, dado que el Instituto Costarricense de
Electricidad ICE siempre ha promovido el uso de este tipo de energía, las estaciones con
alimentación primaria provista por el ICE, probablemente lo sean con energía renovable
33
que se obtiene a través de la energía hídrica ya que aproximadamente el 80% de la energía
producida por el ICE es de esta forma [19]. No obstante, la alimentación de respaldo y primaria donde no hay AC, es contaminante.
4.5. Otras energías emergentes.
Existen otro tipos de energías alternativas a parte de las arriba mencionadas, unas con un
mayor auge que otras, esto debido a la fiabilidad que algunas tienen, la investigación que
han tenido y la disponibilidad que cada una presenta.
Es así como se han desarrollado células carburantes, las cuales son básicamente baterías
que funcionan a base de aceites vegetales para la generación de energía, se utilizan mayoritariamente como respaldo únicamente, ya que su investigación aun es muy reciente por lo
que su fiabilidad es muy baja. [2]
También han surgido los biocarburantes, como sustitutos del diesel, pero no han tenido mucha aceptación, pues deben ser producidos de acuerdo a la cosecha del material que se utilice, lo cual hace que no sean de gran acceso. [34]
La energía geotérmica es una energía renovable que se ha explotado durante muchos años y
es amigable con el ambiente. Sus fuentes son de gran volumen, y está disponible durante
cualquier época del año, por lo que no presenta ningún inconveniente en cuanto a los cambios de clima. El proceso mediante el cual se puede generar electricidad, es con el movimiento de generadores que son impulsados por gases provenientes del interior del planeta
tierra. Dichos gases pueden provenir de yacimientos de gas natural o de volcanes, el gas es
enfriado para mover las turbinas de generadores ya si obtener electricidad. El proceso para
enfriar el gas es bastante complejo e inclusive caro, aunque esta es una energía bastante
rentable pues genera electricidad sin parar durante todo el año y permite recuperar lo inver-
34
tido, no deja de ser bastante costosa la instalación de equipo para su aprovechamiento, incluso a lo largo de la historia se han desarrollado diferentes modelos para su explotación
que se han debido dejar de lado, debido a lo costosos que son. Es por este motivo que este
tipo de energía es utilizada a gran escala y su uso para la alimentación de estaciones base
sería demasiado costoso, es por eso que deberá esperar a que nuevas tecnologías hagan posible su uso a baja escala y más rentable. [37]
Una fuente de energía renovable no contaminante bastante innovadora es la denominada
energía oceánica. Esta es la energía es la que se encuentra en las olas y masas oceánicas en
movimiento. La energía cinética en las olas se puede usar para generar electricidad a partir
del movimiento de turbinas generadoras. Según estudios científicos, el potencial de la
energía en los mares es tan grande, que incluso se podría dar energía para el mundo entero
si esta se explotara adecuadamente, lamentablemente esta es una energía que no se ha explorado mucho, pero es una gran fuente de energía a futuro, ya que su disponibilidad esta
en prácticamente el mundo entero. [36]
Otra posible fuente de energía renovable es la biomasa, la biomasa es materia orgánica que
se obtiene desechos naturales, estos desechos se pueden utilizar para obtener combustibles
naturales o bien se pueden descomponer para obtener gases que sean capaces de generar
electricidad. Su uso es a baja escala por lo que sería ideal para alimentación de equipos de
baja demanda como estaciones base, pero su implementación requiere de un espacio un poco amplio. Y al igual que las energías mencionadas, requiere de mayor exploración para su
completo desarrollo. [35]
35
4.6. Comparación de energías renovables y alimentación tradicional.
El impulso y esfuerzo por utilizar energías renovables en los sistemas de telecomunicaciones no tendría sentido si no brindara ventajas y nuevas oportunidades de mejora. Sin embargo el uso de energías renovables también tiene sus inconvenientes y limitaciones.
En Costa Rica, la alimentación tradicional de estaciones base a través de la red eléctrica
comercial es muy efectiva, garantizando un funcionamiento continuo de la estación, ya que
la red eléctrica en Costa Rica es muy estable, no obstante, el hecho que las estaciones base
se alimenten de la red eléctrica, limita a que las radio bases sean instaladas solo en lugares
donde la red eléctrica sea capaz de llegar, dejando lugares de difícil acceso fuera del alcance de los servicios de telecomunicaciones. Es aquí, donde el uso energías renovables juega
un papel fundamental en la expansión de las redes de telecomunicaciones, ya que permiten
que las radio bases sean instaladas en lugares donde por una u otra razón la red eléctrica no
es capaz de llegar, haciendo así que los servicios puedan estar disponibles en muchas más
áreas.
En Costa Rica la cobertura de la red eléctrica abarca más de un 90% del territorio nacional,
por lo que se podría pensar que no el uso de energías renovables para radio bases no tiene
objeto, pero en cuanto a los respaldos que las radio bases tienen, estos son plantas térmicas,
que generan gran gasto por la fluctuación de los precios de los combustibles. Si se utilizará
energías renovables como respaldos, se tendría un menor costo y un trato más amigable con
el ambiente. [21]
Son muchos los pros y contras de una y otra tecnología, es cierto que la instalación de fuentes de diesel como respaldo es más barata que cualquier otro, pero el costo de operación es
mucho más alto que cualquier otra energía renovable. La disponibilidad es otro factor importante, dependiendo de la región y la estación del año, así será la disponibilidad de la
energía renovable utilizada, si es época seca la escases de agua afectaría una radio base que
36
se alimenta de energía pico hídrica, mientras que los días nublados de un invierno pueden
afectar el funcionamiento de una estación base de energía solar, mientras que las plantas de
carburantes funcionan mientras se recarguen con combustible, sin embargo existe la posibilidad de utilizar radio bases con combinaciones de energías renovables que permitan aprovechar el agua si estación lluviosa o el sol si es época seca y así asegurar el funcionamiento
de las estaciones durante todo el año.
Los gastos de operación en energía eólica son muy bajos en comparación con las demás, lo
cual la hace una de las mayores candidatas a ser utilizada por diferentes operadores. La disponibilidad de proveedores de equipos, es otro factor importante que varía de una energía a
otra, esto debido a que hay energías que han sido estudiadas por más tiempo que otras.
Otros factores a tomar en cuenta para comparar una y otra energía se muestran en la figura
4.9.
Figura 4. 9: Comparación de energías para estaciones base. [2]
Se presenta un cuadro comparativo entre la forma de alimentar a las estaciones base no conectadas a la red eléctrica, energías renovables y carburante fósil.
37
Tabla 4. 1: Cuadro comparativo de energías renovables y tradicionales
Renovables
Tradicionales ( Carburante fósil)
Son respetuosas con el medio ambiente, no
No respetan al medio ambiente y represen-
contaminan y representan la alternativa de
ta una fuente de contaminación
energía más limpia
Al generar recursos por sí misma, contri-
No requiere una gran inversión inicial
buye a la diversificación y el autoabastecimiento
Requiere una gran inversión inicial
Costos operativos y de mantenimientos son
altos y extremadamente sensible a las condiciones de mercado
Costo operativo y de mantenimiento es
No depende de la zona geográfica para su
mucho menor que los generadores diesel
instalación
Dependiendo del tipo de energía renovable
Ha sido la alimentación tradicional para
tiene que ajustarse a las condiciones ge-
alimentar las estaciones base no conecta-
ográficas y climatológicas de la zona
das a la red eléctrica, por lo que su cambio
supondría una gran inversión
Ofrece beneficios económicos, medioam-
Los generadores diesel ocasionan mucho
bientales y también da la posibilidad de
ruido.
conectar a las personas de zonas alejadas a
la sociedad de la información
Los biocombustibles en muchos casos se
Eficiente pero muy costosa, y está expues-
pueden utilizar con los mismos generado-
ta a los posibles hurtos del combustible, ya
res, sin necesidad de adaptación alguna y
que resulta muy sencillo y rentable para los
no generan contaminación y pueden obte-
ladrones
nerse de cultivos locales, lo que evita la
dependencia de importaciones de petróleo.
38
Los proyectos más ambicioso sobre energías renovables a nivel mundial vienen desde África, esto tiene sentido debido a que en África es donde hay más necesidad de explotar
este tipo de energía por varias razones, se tiene poca cobertura de la red comercial y aparte
se tiene poca fiabilidad, esto se puede ver en números según estudios que se presentaron
cumbre del Cambio Climático de Copenhague en el 2010, en donde se presenta los siguientes datos: [41]
· En Etiopía hay un proyecto que incluye el desarrollo de plantas de energía eólica, geotérmica y de biomasa; la producción de 63 millones de litros de etanol y 620 millones de litros de biodiesel entre 2010 y 2015. [41]
· Ghana se ha puesto como meta incrementar la electricidad generada por energías renovables a un 10 - 20% para 2020. [41]
· Marruecos se ha puesto en marcha con la instalación de 440,00 metros cuadrados de
placas solares para 2012, y 1.7 millones de metros cuadrado para 2020. [41]
Los demás países a nivel mundial igual trabajan en pro de las energías verdes, esto impulsados por los gobiernos de los diferente países, por organizaciones como la GSMA que tiene el respaldo de grandes compañías de telecomunicaciones que están metidos de lleno en
la investigación de energías verdes, así como en la producción de equipos que sean mas eficientes para un menor consumo eléctrico. [41]
39
CAPÍTULO 5: Disponibilidad de energías renovables no
contaminantes en Costa Rica.
Costa Rica es un país reconocido mundialmente como un país ecológico lleno de recursos
naturales. Entre esos recursos naturales están el agua, aire y sol, que son las fuentes las de
energías renovables no contaminantes como hídrica, eólica y solar. Dichos recursos se distribuyen a lo largo del país, en algunas zonas se pueden encontrar dichos recursos en proporciones similares, pero en otras se encuentran unos en mayor proporción que otros.
Por su relieve montañoso Costa Rica posee zonas abundantes de nacientes de agua, pequeños pero caudalosos ríos y riachuelos que debido a la inclinación del relieve podrían ser
aprovechados para la generación de electricidad a pequeña escala. Para energía hídrica se
ocupa una gran cantidad de agua, o bien una gran inclinación para tener un flujo del agua
que mueva los generadores si no se cuenta con grandes cantidades de agua y Costa Rica es
un país que posee ambas características, cuenta con grandes cantidades de agua e inclinación por su relieve. También la ubicación del país en la zona tropical del planeta, permite
una gran radiación de energía solar a lo largo de todo el país, la cual obviamente es más intensa durante la época seca. En cuanto a las corrientes de aire, Costa Rica posee zonas donde los vientos mantienen una dirección constante y otras donde la variación de los vientos
no es favorable para la energía eólica.[25,26]
5.1. Radiación solar en Costa Rica
Las principales variantes que afectan la radiación solar en cada región son la latitud, la vegetación y el relieve. Dependiendo de la espesura de la vegetación y la forma del relieve,
puede que la radiación solar no sea uniforme en toda la superficie. En las llanuras del pacifico la radiación es más uniforme que en las zonas montañosas.
40
A partir de datos obtenidos por el Instituto Meteorológico Nacional con 63 estaciones radiométricas y la utilización del método de interpolación de Kriging se puede mostrar la radiación solar en Costa Rica. El método de Kriging consiste en estimar el valor de radiacion
en un campo Y, en una determinada localidad (x0), con la combinación lineal de las mediciones de otras localidades (xi).
(5.1-1)
Se deben seleccionar los pesos wi de manera que el error Y* sea mínimo, para la escogencia
de los pesos de deben conocer información del espacio. Los datos se toman de un variograma que describe la variación de los valores en un mismo campo a una distancia h entre
sí.
(5.1-2)
Así con el método de mínimos cuadrados se puede ajustar el variograma a uno experimental para poder llegar a mostrar los valores diarios medios anuales de radiación solar en Costa Rica.
(5.1-3)
Graficando la formula anterior se obtiene el grafico de la figura 5.1.
41
Figura 5. 1: Variograma experimental. [26].
La forma de interpretar la dispersión alrededor de la curva de mejor ajuste de la figura 5.1,
es como nubosidad en valles y ciertas zonas costeras. [26]
La figura 5.2 muestra la radiación solar anual en Costa Rica, a partir del método de Kriging y la toma de datos en diferentes puntos del país.
Figura 5. 2: Radiación solar anual en Costa Rica. [26]
42
La radiación solar se muestra a través de unidades de energía por unidad de área (MJ/m2).
Se puede observar claramente que la menor radiación se ubica en las llanuras del Caribe,
zona sur y parte de la zona norte. Estas zonas son por lo general son zonas asociadas a altas
nubosidades durante el año, esto hace que la radiación solar sea menor debido a la reflexión
que las nubes provocan, disminuyendo la radiación solar en estas aéreas hasta apenas 12
MJ/m2. [26]
Es así como se puede concluir que las áreas para un mayor aprovechamiento de energía solar para estaciones base son las zonas del pacifico norte en Guanacaste, pacifico central y
parte del valle central donde se pueden encontrar 18 MJ/m2 en promedio. La zona sur presenta una radiación solar de 15 MJ/m2. La cual no es muy alta, pero suficiente para generar
energía para una estación base.
5.2. Comportamiento del viento en Costa Rica.
Mediante la medición de las distribuciones horario mensuales de las direcciones y velocidades de los vientos, en varias zonas de Costa Rica, se puede obtener un estudio de cómo se
comportan los vientos en cada una de las zonas del país y determinar la conveniencia del
uso de energía eólica para estaciones base o no.
Antes de entrar de lleno en el estudio por zonas, se debe tener en cuenta que los factores
que afectan los comportamientos del viento son la latitud, el relieve (montañas, valles, etc)
y la estación climatológica del año.[25]
En lo que a la generación de energía para estaciones base, hay que recordar que se necesitan 2 kW para hacer funcionar una estación base, lo cual dependiendo del aerogenerador se
puede lograr a partir de un viento a 3 m/s (10 km/h).
De acuerdo a los datos obtenidos, en el Caribe se encuentran vientos muy débiles los cuales
oscilan entre 1 y 10 km/h. En muy pocas épocas del año se alcanzan los 20 km/h. Y es una
43
región donde los vientos de noche son muy débiles. También la proveniencia de vientos del
océano que chocan con vientos del territorio propicia que el viento varíe su dirección durante el día. Variación de la dirección de los vientos y baja velocidad del viento son condiciones que no favorecen el uso de aerogeneradores para alimentar estaciones base en esta
regio. Las figuras 5.3 y 5.4 muestran la variación y magnitud del viento, dichos datos corresponden a dos puntos diferentes de la zona del Caribe.
Figura 5. 3: Vientos de estación en Limón. [25]
44
Figura 5. 4: Vientos de estación en Guapiles. [25]
En el pacifico central se presenta una situación opuesta a la del Caribe, en cuanto a la dirección ya que es la opuesta y la intensidad es mayor.
Los vientos predominantes son del norte, noreste y este, lo cual no es una variación tan
grave. En cuanto a la intensidad esta llega hasta 20 km/h, lo cual favorece el uso de aerogeneradores, esta es una zona idónea para tal práctica pues posee llanuras que favorecen el
paso del viento, el cual corre durante todo el año de las direcciones mencionadas arriba y la
velocidad incluso se intensifica en la época seca. Dicho comportamiento se puede ver en la
figura 5.5. [25]
45
Figura 5. 5: Vientos del Pacifico Central. [25]
En el pacifico norte no se encuentra un atractivo flujo de vientos en las zonas de Nicoya y
Liberia, solamente en los meses de enero a abril se puede ver corrientes de aire propicias
para el uso de aerogeneradores en radio bases, durante el resto del año los vientos son muy
débiles. Sin embargo, hacia la región de Tilarán se encuentran vientos, que incluso son idóneos para el establecimiento de parqueos eólicos, aquí el uso de energía eólica para radiobases es sin duda una idea a seguir. En la figura 5.5 se puede ver el comportamiento de los
vientos de Liberia.
46
Figura 5. 6: : Vientos del Pacifico Norte. [25]
En cuanto al pacifico sur, no se encuentran muchos datos pero si se sabe que los vientos
predominan del noreste y sureste con velocidades de 12 km/h, suficiente para el uso de aerogeneradores de baja escala.
En el valle central, los vientos de norte a este son predominantes durante el año a excepción
en los meses de junio y setiembre donde predomina el viento del oeste y noreste. Los vientos provenientes del norte serán los mismos a aprovechar para el uso de energía eólica en la
zona norte, pues cumplen con el mínimo de 10 km/h. [25]
Figura 5. 7: Vientos del valle central. [25]
47
En resumen no hay una sola área donde los vientos tengan una dirección constante y conserven su velocidad durante todo el año, pero si hay áreas más favorables que otras para el
uso de aerogeneradores como zona norte, valle central y pacifico central, sin embargo en
las otras áreas se puede considerar el uso de energía eólica para alimentación de radio bases
con el uso también de otras energías como solar e hídrica. [25]
5.3. Recurso hídrico en Costa Rica.
En el capítulo cuatro se indicó cómo para la implementación de sistemas de generación
eléctrica pico hídrica es indispensable contar con el recurso hídrico, el cual según las condiciones específicas de la zona bajo estudio, implicará el cauce de un río, un canal o embalse, de donde se canalizará su flujo con el fin de lograr la generación eléctrica.
Costa Rica se ubica en una zona tropical y cuenta con un relieve considerablemente irregular, constituido por montañas, valles, llanuras, con zonas que varían en altura desde los cero
metros hasta superar los 3800 metros sobre el nivel del mar. Esta característica geográfica
aunado a la cantidad de ríos y nacientes, hace del país cuente con condiciones para la generación eléctrica a gran escala, así como también a niveles micro. [38]
Una cuenca hidrográfica es la superficie de drenaje natural, donde convergen las aguas que
fluyen a través de valles y quebradas, formando de esta manera una red de drenajes o
afluentes que alimentan a un desagüe principal que forma un río. Costa Rica cuenta con 34
cuencas principales distribuidas en todo el territorio nacional. [38]
Con base en un estudio preliminar realizado en la década de los años 1970 en el país, se estudió el potencial energético con que dispone cada una de las cuencas. Dependiendo la zona
geográfica y el tipo de generador hidroeléctrico que se instalará para alimentar una estación
48
base, es sumamente importante tener presente las principales cuencas y su ubicación geográfica en el país. En la siguiente tabla se muestran las principales cuencas del país, junto
con su extensión territorial.
Tabla 5. 1: Principales cuencas de Costa Rica[38]
N°
Nombre
Área en
km2
1
Río Sixaola
2336,1
2
Río La Estrella
1005,9
3
Río Banano
207,5
4
Río Bananito y otros
208,5
5
Río Moín y otros
364,9
6
Río Matina
1419,8
7
Río Madre de Dios y otros
246,3
8
Río Pacuare
886,1
9
Río Reventazón - Parismina
2956,3
10
Río Tortuguero y otros
1321,1
11
Río Chirripó
1399,2
12
Río Sarapiquí
2019,5
13
Río Cureña
328,5
14
Río San Carlos
3121,4
15
Río Pocosol y otros
1720,9
16
Río Frío
1555,8
17
Río Zapote y otros
2599,2
18
Ríos Pen. Nicoya y Costa Norte
4209,1
19
Río Tempisque
3411,0
20
Río Bebedero
2054,4
21
Río Abangares y otros
1366,8
49
22
Río Barranca
507,9
23
Río Jesús María
361,8
24
Río Grande de Tárcoles
2173,6
25
Río Tusubres y otros
833,7
26
Río Parrita
1276,6
27
Río Damas y otros
461,6
28
Río Naranjo
335,5
29
Río Savegre
597,0
30
Río Barú y otros
565,0
31
Río Grande de Térraba
5084,8
32
Ríos Península de Osa
1972,8
33
Río Esquinas y otros
1832,3
34
Río Changuinola (parte de Costa Rica)
258,6
En la siguiente figura se observan las diferentes cuencas mencionadas anteriormente, así
como su ubicación geográfica correspondiente en el país, donde las zonas en tono verde corresponden a zonas de poca altitud, y las de tono rojizo a zonas más altas, respectivamente.
50
Figura 5. 8: Principales cuencas de Costa Rica. [38]
La implementación de sistemas pico hídricos para la alimentación de un sistema de radio
base, requiere no solamente contar con el recurso hídrico, sino que también, las condiciones
geográficas que permitan una diferencia de altura por la cual se direccionará el caudal requerido para la generación. Los generadores con capacidad entre los 5 y 10 kilovatios, requieren típicamente, un rango de altura de caída que oscila entre los 30 y 200 metros. Por lo
tanto, según esta especificación de altura de caída, se requieren zonas de cierta altitud, con
altura sobre el nivel del mar que ronden los 500 metros sobre el nivel del mar, para garantizar la correcta operación y generación de la turbina que se instale.
Con el objetivo de validar los aspectos mencionados anteriormente, se puede plantear de
forma general que, según la figura 5.5, las zonas con una alta posibilidad para la instalación
51
de sistemas pico hídricos serán aquellas zonas en color café claro hasta las rojizas de mayor
altitud, dado que estas zonas sobrepasan los 500 metros de altitud respecto al mar.
A manera de resumen, en el siguiente mapa se hace una referencia general sobre los tipos
de energía disponibles según la región o zona del país y las características propias. Es importante aclarar, que este mapa es una propuesta preliminar según la información recopilada en este proyecto y con el objetivo de alimentar un tipo de carga específica, como lo son
las estaciones base de sistemas móviles.
Figura 5. 9: Tipo de energía disponible en el territorio nacional.
Según el mapa mostrado en la figura 5.6, se puede apreciar como hay una mayor proporción de recurso hídrico disponible en el país, seguido del eólico y solar, respectivamente.
Cabe también mencionar que, los sistemas hídricos tienden a ubicarse sobre las zonas mon-
52
tañosas sobre las cordilleras; los sistemas eólicos se ubican hacia el centro y norte del país;
mientras que el sistema solar se centra principalmente hacia el pacífico central y norte.
Como ha sido indicado, este mapa es un reflejo general y no específico del tipo de energía
disponible en el territorio nacional, el cual puede guiar de antemano y dar un panorama general ante la implementación de radio bases con energías alternativas, pero al mismo tiempo, requerirá un estudio más específico sobre el tipo o tipos de energías disponibles en una
zona en particular.
53
CAPÍTULO 6: La nueva generación de redes móviles verdes
La eficiencia energética y de reducción de emisiones se ejecuta a través de toda la red. La
distribución de consumo de energía en los sistemas operativos de un operador indica que el
funcionamiento de la red es un área clave para el ahorro energético y reducción de emisiones. En cuanto a funcionamiento de la red se refiere, la estación base es el punto focal para
el ahorro energético y reducción de emisiones. Entre los componentes de la estación base,
la RF, sistema de aire acondicionado y sistema de alimentación de la antena son las áreas
más importantes que deben tenerse en cuenta a fin de mejorar la eficiencia energética dentro de los equipos de estaciones base.
La red celular está compuesta por una red de acceso y una red central. La red de acceso es
la que le permite a los usuarios finales poder conectarse a la red y comunicarse unos con
otros.
En la figura 6.1 se observa la distribución normal de los equipos que se utilizan en una radio base (BTS), cabe mencionar que para lo que es la tecnología de acceso 3G, también se
conoce por el nombre de “Nodo B”
54
Figura 6. 1: Distribución del equipo en una radio base [10]
La radio base está compuesta por una RRU (Remote Radio Unit), BBU (Baseband Unit) y
un APM (Advanced Power Module). La RRU y la BBU se instalan por separado para procesar las señales de banda base y las señales de radio frecuencia.
55
Figura 6. 2: Distribución del BBU y la RRU en una radio base [10]
En la figura 6.3 y 6.4 se puede observar cómo van conectados los diferentes equipos de la
radio base, así como el voltaje que usan para su funcionamiento normal. Se puede observar
que la BBU y la RRU trabajan a un voltaje DC de -48 V y se ocupa una entrada al APM de
220 V en corriente alterna.
56
Figura 6. 3: Conexión entre los diferentes equipos que componen una radio base [10]
Figura 6. 4: Distribución eléctrica del APM al resto de los equipos en la radio base [10]
57
En términos de suministro de energía de la estación base, el nuevo mercado tiene las siguientes características:
· No hay fuente de alimentación pública o ningún suministro estable.
· El camino y las demás condiciones de infraestructura es pobre y es difícil para abastecerse de combustible los generadores diesel y mantener estaciones de base sobre
una base regular.
· En áreas remotas, los desiertos y las islas, es costoso para seguir el método de suministro de energía tradicionales y es difícil de alcanzar los objetivos del operador para el margen;
· Frente a la creciente demanda de la comunidad internacional para la protección del
medio ambiente, utilizando energía verde ayuda a mejorar la imagen corporativa y
cumplir con la responsabilidad social de las empresas.
Mientras tanto, la potencia nominal del equipo principal está en declive, por lo que es posible utilizar la energía renovable de energía del sistema de suministro. Por lo tanto se han
desarrollado las soluciones de la energía solar, eólica y la solución de energía solar híbrido
y solución híbrida de energía solar y el gasóleo para proporcionar soluciones de energía renovable.
6.1. Solución Solar
La teoría del sistema de suministro de energía la energía solar es suministrar la corriente
generada por el módulo de la célula solar con la condición de iluminación a la carga y para
almacenar el exceso de energía en la célula del acumulador. La energía solar es una tecnología madura con el mínimo impacto ambiental, la tasa de bajo mantenimiento y alta fiabi-
58
lidad. Los costos iniciales de la energía solar también están en constante disminución, junto
con el continuo aumento en capacidad de producción de energía fotovoltaica y la mejora
continua en nuevas tecnologías de fabricación.
Para diseñar una solución solar que esta fuera de la red de energía eléctrica se tiene que
tomar en cuenta una serie de aspectos.
1.
Determinar la carga: se puede hacer de 2 maneras, calculando la carga por día o semanal.
Para esto se saca la potencia que consume el equipo, la cantidad de horas que el equipo está
consumiendo energía, en este caso sería la potencial nominal del equipo multiplicado por
168, que es seria que esta encendido todo el tiempo en una semana.
2.
Decidir la capacidad de almacenamiento de la batería: La capacidad de almacenamiento de las baterías usualmente esta expresado en Amperios por hora, igual puede
venir en Watt por hora. Se procede de igual forma, se calcula la cantidad de kWh por
semana.
3.
Determinar la radiación solar para el sitio donde va a estar ubicado la solución
solar: Se tiene que calcular el promedio mensual de la radiación solar directa que cae
sobre el plano horizontal. Se tiene que tomar en cuenta el mes con la menor radiación y
el mes con la mayor demanda energética.
4.
Aproximación del tamaño del arreglo de paneles solares: Si el sistema va a ser usado todo el tiempo, durante todo el ano entonces se toma el mes con la menor cantidad
de radiación para el diseño.
El tamaño del arreglo de paneles solares se calcula de la siguiente manera
59
Por el efecto fotovoltaico, el sistema de energía solar genera electricidad y suple establemente de una fuente de poder a los equipos en la radio base. La solución de energía solar
está compuesta por los siguientes elementos:
· Módulos de paneles solares (PV): La corriente continua producida por el panel solar
o por los módulos se utiliza para cargar las baterías a través de un controlador de
carga solar. La mayoría de los sistemas fotovoltaicos autónomos deben ser gestionados correctamente. Se debe conocer las limitaciones del sistema y el consumo de
energía medida de acuerdo a la radiación solar recibida y el estado de carga de las
baterías.
Los paneles solares se deben configurar para que coincidan con la tensión del sistema DC, que se determina por la batería. Las tensiones por lo general son 12V DC y
24V DC, para sistemas más grandes se operan a 48V DC. La tensión de funcionamiento de un panel solar en un sistema autónomo debe ser lo suficientemente alto
como para cargar las baterías. Por ejemplo, una batería de 12V requerirá 14.4V para
cagarse. El panel solar debe ser capaz de proporcionar este voltaje a la batería después de las pérdidas de energía y caída de tensión en los cables y el controlador de
carga y en condiciones en las que las células solares funcionan a una temperatura alta. Un panel solar con una tensión de salida de 20V es necesario para cargar una batería de 12V de forma fiable.
· Controladores de carga: Están diseñados para proteger la batería y asegurarse de
que tenga una larga vida de trabajo sin afectar la eficiencia del sistema. Las baterías
no deben sobrecargarse y la función del regulador de carga es asegurar que la batería no se sobrecargue.
60
Los controladores de carga están diseñados para que protejan a la batería de un exceso de descarga, normalmente se refiere a la tensión de lo más bajo de desconexión, que desconecta la batería de la carga cuando la batería alcanza cierta
profundidad de descarga. También protege a la batería en el caso contrario, un exceso de carga, al limitar la tensión de carga, por lo general se refiere a la tensión de lo
más alto de desconexión, evita que la corriente fluya de nuevo hacia el panel solar
durante la noche, por lo que se llama corriente reversa.
· Baterías: Los requisitos de energía de los sistemas solares autónomos rara vez están
en sincronía con la carga de la batería. Las cargas necesitan ser alimentadas todo el
tempo, con sol, días nublados, durante la noche. Y las baterías que alimentan esas
cargas se pasan cargando y descargando y eso va minando sobre la batería. Entonces las baterías que son capaces de manejar la constante carga y descarga se conocen como baterías de ciclo profundo. Las baterías necesitan tener un buen
rendimiento de carga y descarga.
Las características a tomar en cuenta para las baterías son las siguientes:
1. Capacidad
2. Ciclo de vida
3. Precio/rendimiento
4. Eficiencia
5. Auto descarga
6. Instalación ( Vertical u horizontal)
7. Medio ambiente (Ubicación de las baterías)
61
Figura 6. 5: Sistema de alimentación solar [9]
El mejor escenario para la instalación de una fuente de energía solar:
· Las áreas con abundantes recursos solares, y la duración de la insolación máxima
promedio mayor o igual a 3 horas por día en un año.
· Zonas donde la red eléctrica no está disponible o no confiables.
· Zonas con o sin vigilancia, los sitios ubicados en zonas de montanas o aisladas donde
la topografía es complicada y el transporte es difícil.
· Para sitios donde recibe gran radiación solar y quieren ser amigables con el ambiente.
6.2. El viento y la solución de la energía solar híbrida
La energía eólica y solar, sistema híbrido de alimentación proporciona la fuente de alimentación estable y fiable utilizando la energía solar y energía eólica. El sistema de alimentación híbrido de protege la producción de energía eléctrica y aumenta la estabilidad de
suministro de energía al permitir que la energía solar y los recursos de energía eólica para
complementar entre sí entre el día y la noche y entre días soleados y lluviosos. Esta solución es una solución ecológica, libre de contaminación y confiable en el que los recursos
eólicos y solares se complementan entre sí. Además, el sistema puede ser fácil de mantener.
62
La cantidad de viento que haya en el sitio determinara la cantidad de energía que puede esperarse de una turbina de viento, la generación de energía a partir de una turbina eólica es
realmente sencillo de entender.
La cantidad de energía (p) en el viento es una función de la densidad del aire (ρ), el área de
barrido del rotor (A), y la velocidad instantánea del viento (V), o la velocidad del viento. Un aumento en cualquiera de estos factores aumentará la potencia disponible del viento.
Lo anterior viene del siguiente principio, la energía cinética de una masa de aire, “m”, moviéndose a una velocidad, “v”, responde a la siguiente expresión:
(6.1)
Si “V” es el volumen del aire que se mueve y este tiene una densidad “d”, entonces podemos calcular su masa como
, lo que lleva a la siguiente relación
(6.2)
La cantidad de aire que llegara al rotor de un aerogenerador en un tiempo “t” dependerá del
área de barrido del rotor “A” y de la velocidad del viento.
El volumen del aire que llega al rotor será:
(6.3)
La energía cinética que aporta el aire al rotor en un tiempo “t” será
63
(6.4)
Por lo que la potencia aportada al rotor será
(6.5)
La densidad del aire se ve afectada por la temperatura y la altura. El aire caliente es menos
denso que el aire frío por tanto, una turbina eólica producirá menos energía en el verano
que en invierno, aparte de esto la energía producida por el viento varía dependiendo de su
ubicación y su altura.
La energía producida por el viento varía con la velocidad del viento aproximadamente en
una relación al cubo, esto es por ejemplo si el viento aumenta el doble de su velocidad, se
aumenta la energía producía por ocho.
El área de barrido de una turbina de viento tiene una afectación lineal a la salida de energía
producida, esto es si se hace el doble del área de barrido se obtendra el doble de la potencia
disponible.
El aerogenerador ralentiza el viento al pasar por el rotor hasta un 2/3 de su velocidad inicial, ósea minimiza su velocidad, lo que significa que no se aprovecha toda la energía cinética que el viento aporta al rotor, esto se explica en la ley de Benz:
"Sólo puede convertirse menos de 16/27 (el 59%) de la energía cinética en energía mecánica usando un aerogenerador".
Como se menciono anteriormente la velocidad del viento aumenta con la altura, entre más
altura mejores velocidad se tendran. La altura es igual a vientos más fuertes y menos turbulencia.
64
La velocidad del viento es un dato muy importante para el diseño de un aerogenerador, por
eso es importante medir la velocidad del viento en todo el transcurso de un año para tener
una visión más clara del comportamiento del viento en determinada zona y poder así diseñar en base al mes más malo, que sería el peor de los casos
Los aerogeneradores tienen lo que se denomina “velocidad de conexión”, esta por lo general está entre el rango de 3 a 5 m/s, esta velocidad es cuando ya el aerogenerador empieza a
generar potencia eléctrica.
Los aerogeneradores también cuenta con sistema de protección, con lo cual para grandes
velocidades se detiene, para evitar algún daño, esta velocidad varía entre un aerogenerador
y otro pero puede variar entre 18 m/s y 25 m/s
Otro factor importante en los aerogeneradores es el coeficiente de potencia, este factor indica con qué eficiencia el aerogenerador convierte la energía del viento en electricidad.
Para calcular el coeficiente de potencia se divide el valor de la potencia eléctrica para cada
velocidad sacado de la curva de potencia por el área de barrido del rotor, así se obtiene la
potencia disponible por metro cuadrado. Posteriormente, para cada velocidad, se divide el
resultado anterior por la cantidad de potencia en el viento por m2.
65
Figura 6. 6: Coeficiente potencia de un aerogenerador [31]
La figura 6.6 muestra la curva del coeficiente de potencia de un aerogenerador típico. Aunque la eficiencia media de estos aerogeneradores suele estar por encima del 20%, la eficiencia varía mucho con la velocidad del viento.
La eficiencia mecánica mas alta del aerogenerador es un 44% se da a velocidades alrededor
de 9 m/s. Se desea que sea este valor por varias razones como:
a. A bajas velocidades del viento la eficiencia del aerogenerador no es importante, ya
que la energía del viento no es mucha.
b. A altas velocidades la eficiencia tampoco interesa que sea muy alta porque según la
densidad de potencia a altas velocidades es baja y además existe el peligro de ruptura del aerogenerador, por lo que este se detiene a altas velocidades.
Así pues, la eficiencia interesa que sea alta en aquellas zonas de velocidades de viento más
frecuentes, donde se encuentra la mayor parte de la energía. [31]
También es importante conocer la curva de potencia del aerogenerador, es un gráfico que
indica la potencia eléctrica que es capaz de generar para cada velocidad del viento.
66
Figura 6. 7: Curva de potencia [31]
En la figura 6.8 se muestra un esquema de cómo se tiene que realizar la interconexión de un
sistema hibrido solar y eólico
Figura 6. 8: Sistema de alimentación solar-eólico [9]
67
El mejor escenario para utilizar la solución Eólica-Solar
· La red no está disponible o no es confiable.
· La energía solar y eólica se complementan una a otra.
· Las áreas con abundantes recursos solares, y la duración de la insolación máxima
promedio es igual o mayor a 3 horas por día en un
año, y la velocidad media del viento es mayor o igual 4 m/s durante todo el año.
En la siguiente figura se muestra un grafico de cómo se muestra la variación de la energía
producida con respecto a la velocidad del viento.
Figura 6. 9: Grafico velocidad contra energía producida por generador eólico [29]
6.3. Solución solar y Diesel Hibrido.
La fuente de alimentación de sistema solar y el sistema diesel híbrido utilizan la energía solar y un generador diesel para generar electricidad de manera complementaria y proporcionar la energía eléctrica generada en el sitio. Es un complemento a la solución de la energía
68
solar pura. El propósito del sistema de energía híbrido es hacer frente a los riesgos de suministro de energía de energía solar encontrado cuando hay una larga serie de días lluviosos
consecutivos o cuando las horas de sol pico fluctúan ampliamente de mes a mes. Mientras
tanto, el sistema híbrido de energía solar y el gasóleo también puede reducir el número de
paneles solares y reducir los costes iniciales a través de la asignación óptima de diesel horas
de funcionamiento del generador. Además, el generador diesel tradicional puede ser “reutilizado” para convertirse en sistema hibrido con energía solar y reducir significativamente el
consumo de petróleo y el mantenimiento del generador. Como complemento a la solución
de la energía solar, la solución tiene las características de impacto ambiental mínimo y la
tasa de bajo mantenimiento. Además, tiene las ventajas de una mayor fiabilidad y personalización.
El controlador cargara las baterías con energía proveniente de los paneles solares y también
con la energía proveniente del generador diesel. El objetivo principal de este sistema hibrido es reducir los costos de operación y mantenimiento disminuyendo el tiempo funcionamiento del generador diesel. Para lograr esto el generador diesel solo funcionara cuando
para recargar baterías y para suplir un exceso de carga. El generador empieza a funcionar
cuando las baterías alcanzan un nivel de descarga y siguen funcionando hasta que las baterías están completamente cargadas. Un esquemático del funcionamiento de un sistema
hibrido se puedo observar en las siguientes figuras.
Figura 6. 10: Operación del sistema [32]
69
Figura 6. 11: Operación del sistema durante la noche [32]
Figura 6. 12: Operación del sistema durante una falla[32]
Una sistema de energía híbrida suele incluir un inversor con una potencia nominal continua de 60% del máximo la demanda de la carga, un generador diesel, el controlador del sistema de interfaces a los generadores de diesel a través de las interconexiones con
el sistema de control del generador diesel, Un sistema totalmente automático de control del
generador diesel permite la operación automática y automática selección de fuentes
de energía, una batería de plomo-ácido sistema de almacenamiento con una capacidad de
almacenamiento mínimo especificado, paneles solares fotovoltaico y
el regulador solar con una potencia mínima especificada a una temperatura específica y
de insolvencia
70
Figura 6. 13: Sistema de alimentación Solar-Diesel [9]
El mejor escenario para aplicar la solución Solar-Diesel:
· Sitios donde el pico de insolación máxima fluctúa o es intermitente debido a que está
nublado o por las lluvias
· Sitios remotos que requieren alta confiabilidad y respaldo de energía
· Aplicables a la reconstrucción de las radio bases tradicionales alimentadas con diesel
para reducir el consumo de diesel y su mantenimiento
Principales componentes en las soluciones de energía alternativas
Modulo Solar:
· Convierte la energía solar en energía eléctrica
· Paneles solares conectados en serie y luego en paralelo para proveer el voltaje requerido por la radio base.
· Tienen una eficiencia mayor o igual al 13% por panel solar.
71
· Recomendado para sistemas de telecomunicación de 48 V.
· Se pueden encontrar en diferentes marcas como Mitsubishi Electric, PowerUp, Samsung, Sanyo, Sharp, Kyocera, Hyundai, GE Electric, Westinghouse, etc.
Controlador Solar:
· Controla el proceso de la carga de la batería y la carga por la energía solar, y asegura
que las baterías y la carga trabajen en un rango normal.
· Provee una interfaz de carga para las turbinas de viento y el generador de diesel.
· Tiene capacidad de manejar 200 A
· Voltaje de entrada entre 0 V DC y 96 V DC
· Protección clase IP55 (Protegido contra polvo y contra chorros de agua a baja presion, IP viene del ingles Ingress Proctection)
· Temperatura de trabajo -20 oC a +55 oC
Turbina de viento:
· Convierte energía eólica en energía eléctrica a través de la rotación de las paletas de
la turbina proveyendo una fuente estable y confiable de energía eléctrica.
· Velocidad promedio del viento 12 m/s
· Suple entre alrededor de unos 1000 W de potencia eléctrica
IPS (Sistema de energía hibrido inteligente):
· Al detectar los datos en tiempo real tiempo, el IPS permite a la red, las baterías, y el
gasóleo generador para trabajar de forma alterna.
· Proporcionar funciones como la programación de la energía, distribución de energía,
el manejo de la batería, protección contra rayos, monitoreo de la temperatura de la
carga, comunicación con dispositivo superior.
· Voltaje de entrada 150 V AC a 290 V AC.
· Capacidad máxima ronda el valor de 40 kA
72
Batería de ciclo profundo:
· Trabaja con el generador diesel para proveer energía y mejorar la eficiencia del generador.
· Por lo general son baterías de plomo-acido
· Voltaje nominal puede ser de 2 V si son de Plomo-Acido o 1.2 V si son de Ni-Cd
· Tiene una vida de 20 anos a una temperatura de 250C.
Mini sistema de poder de telecomunicaciones:
· Ofrece funciones para el manejo de energía y de la batería.
· Son fáciles de instalar y se pueden instalar en caliente
· Pueden ser instalados en el “rack” de las baterías, en el suelo, o en un “rack” abierto
· Pesa alrededor de 45 Kg
· Voltaje de entrada 90 VAC a 290 VAC
· Capacidad para 180 A a 300 A
6.4. Solución Pico-Hídrica con potencia menor a 10 kW
Como parte de las energías alternativas para la alimentación de estaciones base, se presenta
la solución pico hídrica, la cual aprovechará el recurso hídrico cercano a la estación base.
Para la generación de energía eléctrica a partir de un determinado cauce, se requiere conocer su caudal y caídas. Se entiende por caudal el volumen de agua por tiempo que atraviesa
una determinada sección, el mismo se mide en metros cúbicos por segundo (m3/s); mientras
que, la caída resulta la distancia vertical que recorre el agua desde su toma hasta su restitución al cauce normal. Con dicha información es posible calcular la potencia bruta disponible mediante la siguiente ecuación:
(6.1-1)
Donde:
73
P= potencia bruta en kilovatios (kW)
H= Caída en metros (m)
C= caudal en metros cúbicos por segundo (m3/s)
Tanto el caudal como la caída son los parámetros básicos que se utilizan en la escogencia
del tipo de turbina a utilizar. El caudal debe ser estimado a partir de la investigación de los
datos históricos a nivel de la hidrología de la zona, siendo de importante conocer el flujo
promedio así como el mínimo de agua anual. [44]
Implementar un sistema de generación pico hídrica implica el desarrollo de dos tipos de
obras, aquellas relacionadas con las estructuras civiles y la del sistema electromecánico. A
continuación se describen brevemente ambos aspectos.
6.4.1.
Estructura y obra civil
Dentro de las principales obras que deben contemplarse en la generación del tipo pico
hídrico se tienen las siguientes:
6.4.1.1.
La bocatoma:
Es la estructura que permite captar el recurso hídrico el cual será utilizado en la generación
de electricidad, este componente, incluyendo diseño, calculo, esfuerzos, dependerá de las
condiciones específicas donde se implementará la central pico hídrica. Su diseño debe ser
capaz de sobrellevar el máximo caudal posible.
6.4.1.2.
El desarenador y la cámara de carga
Son dos estructuras que permiten la eliminación de partículas por decantación, tales como
material fino y en suspensión que contiene el recurso hídrico y que llega a la primera, y al
mismo tiempo lograr que la tubería forzada trabaje a sección llena evitando acciones de sobrepresión. Es común que se construyan de concreto armados y semienterrado. Todas sus
74
características geométricas dependerán del caudal de diseño de la central pico hídrica y por
la velocidad de sedimentación de las partículas en arrastre, principalmente.
6.4.1.3.
Tubería de presión (o forzada)
Esta tubería se encarga de transportar el agua desde el tanque de presión o cámara de carga
hasta la casa de máquinas. Estas pueden ser instaladas tanto sobre como dentro del suelo,
dependiendo las condiciones topográficas del terreno.
6.4.2.
Equipo electromecánico
Dentro de este apartado se describe el equipo electromecánico que se requiere posterior a la
tubería de presión, estos componentes principales son: La turbina, el generador, el sistema
de control y las protecciones del sistema.
6.4.3.
La Turbina
Existen diferentes parámetros que permiten definir el tipo de turbina más conveniente para
el proyecto pico hidroeléctrico, entre ellos se encuentran la velocidad específica del eje de
la turbina, la potencia de salida, el caudal, la caída o salto, entre otros.
Existe la limitante que para potencias menores a los 100 kilovatios es más difícil obtener
información directa y práctica sobre los tipos de turbinas disponibles.
En la siguiente tabla se presenta un diagrama para la selección de turbinas de la empresa
Savoia Generators.
75
Figura 6. 14: Diagrama de selección de turbinas [44]
En la figura 6.14 se observa la combinación de tres de los parámetros para la selección de
una turbina. Para este caso, debe conocerse el caudal disponible para la generación, la altura neta o caída en metros, así como la potencia que se requiere generar, posteriormente se
procede a seleccionar la turbina que cumpla con estos parámetros.
Como se mencionó, la gráfica anterior es utilizada por un fabricante en particular, el cual lo
utiliza en la selección de sus turbinas con el objetivo de brindar una solución a los clientes.
A continuación se describen dos de las turbinas más utilizadas en proyectos pico hídricos.
6.4.3.1.
Pico turbina Pelton
La turbina Pelton es de las turbinas de acción más comunes. Está formada por una rueda
móvil (rodete) con álabes en forma de doble cucharón, sobre estos cucharones inciden los
chorros de agua a presión atmosférica que salen de las toberas del estator (que pueden ser
varias o solamente una), con una alta velocidad.
El chorro de agua sale de un inyector fijo en el cual la regulación se efectúa variando la posición de una aguja que deja pasar más o menos agua por el orificio de salida; luego el cho-
76
rro incide en la arista central que separa las dos cucharas y se divide en dos partes que salen
despedidas lateralmente, para caer después al canal de fuga.
Este tipo de turbina resulta adecuada en proyectos con una gran caída y caudales reducidos.
Estas pueden ser tanto de eje vertical como horizontal, y poseer uno o hasta cuatro inyectores. El acoplamiento hacia el generador puede realizarse directamente o mediante poleas de
alto rendimiento.
La turbina Pelton presenta un bajo costo de mantenimiento, una eficiencia que ronda el
80%; todas sus partes mecánicas están hechas de acero inoxidable , haciéndolas más robustas y duraderas.
En la Figura 6.10 se aprecian las partes que componen a este tipo de turbina, tales como la
rueda móvil de álabes, la tobera del estator y la aguja que regula el paso de agua.
Figura 6. 15: Turbina Pelton [42]
6.4.3.2.
Turbina de Flujo Cruzado (Mivhelle-Banki)
77
La Turbina Michell – Banki es una turbina de acción de flujo transversal, de admisión parcial y de doble efecto, que posee como elementos principales un inyector o tobera, que regula y orienta el flujo de agua que ingresa a la turbina; y un rodete que genera potencia al
eje de la turbina al recibir el impulso del flujo de agua que circula por la misma.
Es una turbina utilizada exclusivamente para centrales de potencia pequeña; es apta para
caídas de unos pocos metros hasta caídas medianas, y para caudales medianos. El rendimiento de las turbinas de Flujo Cruzado es menor que el de las turbinas Pelton, pero tienen
una mayor facilidad constructiva, su instalación es sencilla y tienen mejor adaptabilidad a
las pequeñas caídas. Además de que se puede regular el caudal y la potencia por medio de
un mecanismo sencillo.
El tamaño de la turbina, a diferencia de las demás, no depende del caudal, por lo cual se
puede alcanzar un nivel de eficiencia aceptable con pequeñas turbinas. En la figura 6.11 se
presenta este tipo de turbina. [42]
Figura 6. 16: Turbina flujo cruzado [42]
78
6.4.4.
El generador
El generador es la máquina eléctrica que convierte la energía mecánica entregada por la
turbina en energía eléctrica, este está conformado principalmente por el estator y el rotor. El
rotor se encuentra unido al rodete de la turbina.
El generador sincrónico ha sido la máquina más utilizada para la generación de electricidad,
aunque también se han implementado generadores asíncronos o de inducción.
El generador sincrónico cuenta en el estator con arrollados monofásicos (o trifásicos) que
se conectan a la carga, su rotor es devanado y por él circula la corriente de excitación o de
campo que debe ser suministrada por una fuente de corriente continua, según se observa en
la siguiente figura.
Figura 6. 17: Diagrama de un generador sincrónico [44]
El principio de funcionamiento del generador sincrónico se basa en que unas bobinas corten
las líneas de un campo magnético, induciéndose de esta forma una fuerza electromotriz en
las bobinas, teniendo capacidad para suministrar corriente al conectarle cargas.
79
Debido al tipo de aplicación en la que se implementará el sistema de generación, en la alimentación de estaciones base, el generador a utilizar será del tipo monofásico, con una potencia total requerida que no supera los 10 kilovatios, y un nivel de tensión eléctrica de
120/240 voltios, que permita alimentar otras cargas de servicio.
6.4.5.
Sistema de control
Debido a que el sistema de generación operará bajo condiciones aisladas, o sea, no estará
conectado a la red, debe asegurarse que los parámetros de nivel de voltaje y frecuencia de
operación, se encuentren dentro del rango de valores permitidos para la operación de equipos eléctricos.
En sistemas de generación a pequeña escala se cuenta con variaciones de caudal y de carga
importantes, estos pueden variar la velocidad del conjunto turbina-generador, implicando
variaciones en la frecuencia o el voltaje de salida.
Dado que en los generadores es común que se incluya un sistema de regulación automático
de voltaje (AVR) ante las variaciones de carga, los mecanismos de control se enfocan en
regulación de la frecuencia del sistema eléctrico.
A continuación se describe el sistema de regulación mediante carga utilizando equipo
electrónico de regulación (ELC).
6.4.6.
Controlador electrónico de carga (ELC)
El ELC se utiliza en combinación con el regulador automático de tensión (AVR) que se encarga de regular la tensión de generación. Por lo tanto el controlador electrónico de carga se
enfoca en controlar la frecuencia, como ya se dijo, manteniendo al generador con una carga
fija e igual a la potencia total realmente producida por la instalación (carga total).
Con la estimación de la carga total, se elige un conjunto de resistencias, que conectadas
igualen o estén cerca de la carga total del generador.
80
La conexión parcial o total de las resistencias depende evidentemente del valor de frecuencia que tenga el generador en un momento dado, para ello constantemente se toma una
muestra de la frecuencia real del generador, la que por medio de un convertidor electrónico
F/V (Frecuencia/Tensión), se transforma en una señal de corriente continua proporcional a
esta frecuencia, esta señal se compara con una rampa sincronizada con la señal senoidal,
consiguiendo un ángulo de disparo proporcional a la variación de la frecuencia, sobre un
valor nominal determinado; de esta manera el circuito electrónico decide entonces el estado
de la conexión de las resistencias. Por ejemplo en el momento que se conecta una carga útil,
se produce una disminución de la frecuencia, esto es sensado por el circuito; en ese instante
el sistema electrónico procede a desconectar una carga de resistencia equivalente. [44]
6.4.7.
Sistema de protección
Todo sistema de generación eléctrica debe contar con un sistema de protección que resguarde tanto las personas que operen el sistema, las cargas conectadas, así como el quipo de
generación. A continuación se hace mención de las protecciones básicas necesarias.
Para un sistema completamente aislado debe contarse con al menos: [44]
· Relé de sobretensión, según la norma ANSI 59.
· Relé de baja tensión, según la norma ANSI 27.
· Relé de sobre corriente, según la norma ANSI 50 ó 51.
· Relé de frecuencia, según norma ANSI 81.
· Relé de pérdida de excitación, según norma ANSI 40.
· Relé de protección térmica, según norma ANSI 49.
6.5. Solución Pico-hídrica con potencia menor a 1 kW
81
En un sistema pico hídrico con potencia de salida menor a 1 kW, dada su baja capacidad, el
equipo electromecánico para este tipo de central eléctrica, se adquiere generalmente como
un solo conjunto, por parte del proveedor del equipo.
El equipo electromecánico básico requerido en un sistema de generación con estas características es el siguente:
· Turbina (tipo Pelton)
· Generador con imanes permanentes
· Baterías
· Regulador de carga
· Inversor DC-AC
Estos equipos están diseñados para cargar baterías en corriente continua a 12, 24 ó 48V.
Posteriormente la energía acumulada en las baterías se puede transformar en corriente alterna, usando un inversor; con la ventaja que cuando no hay demanda de energía, el equipo
sigue generando y acumulando la energía en las baterías, teniendo presente que se debe utilizar un regulador de carga que actué cuando las baterías están completamente cargadas.
Los distintos modelos comerciales disponibles, constan básicamente de una turbina muy
pequeña del tipo Turgo o Pelton, un alternador de imanes permanentes sin escobillas y de
boquillas universales que son adaptables a distintas medidas, además de que el equipo puede tener de 1 a 4 inyectores. Están diseñados para funcionar en rangos variados de alturas y
de caudales, pudiéndose obtener en un mismo modelo distintas potencias para distintas
combinaciones de estos parámetros. [44]
En la siguiente figura se presenta un diagrama general con los equipos mínimos con que
cuenta un sistema pico hídrico con potencia de salida menor a 1 kW.
82
Figura 6. 18: Diagrama general de un sistema de generación, 1kW [30]
6.6. Relación de costos entre sistemas de energía renovable y sistemas tradicionales
Los sistemas de energía solar tiene la ventaja de que protege el medio ambiente, ahorra
energía, reduce la emisión de gases, su mantenimiento es muy sencillo por lo que reduce su
OPEX, soporta modos de control como activo/paro, lo que aumenta la fiabilidad.
Los sistemas hibrido entre energía solar y eólica se complementan entre sí, lo que hace que
la fiabilidad del sistema aumente, es una estructura simple de fácil mantenimiento, lo que
reduce el OPEX.
Se muestra la siguiente tabla en donde da la recomendación entre el tipo de carga, el tipo de
sitio y la solución energética recomendada.
83
Tabla 6. 1: Soluciones energéticas recomendadas por cargas [27]
Rango de carga DC
Tipo de Sitio
Solución recomendada
0 W a 1000 W
Interior/Exterior
Sistema de energía Solar
0 W a 1300 W
Interior/Exterior
Sistema de energía Solar-Eólica
0 W a 1500 W
Exterior
0 W a 2000 W
Interior
Sistema de energía SolarDiesel
Sistema de energía SolarDiesel
Las soluciones para las energías verdes por lo general conllevan un mayor CAPEX que los
generadores de diesel. El CAPEX está formado por 3 elementos claves: Equipo de energía
verde (Panel solar, turbinas, generadores, etc...), baterías/controladores, y obra civil.
Los equipos para llevar a cabo lo que se denomina energías verdes, como paneles solares y
turbinas de viento, son costosos en comparación en comparación con los generadores de
diesel. Los paneles solares son caros, su costo crece linealmente conforme aumenta la carga, por lo que no es recomendable para grandes cargas, debido a que sale muy caro. El costo de las turbinas eólicas no crece linealmente con respecto a la carga, sino que crece más
lento, por lo que es recomendable que para requerimientos de grandes cargas.
Para proporcionar el respaldo suficiente para períodos en los equipos de energía verde no es
capaz de generar electricidad, por ejemplo, días oscuros, se requiere un respaldo de seguridad de la batería, que puede formar un gran componente de gastos de capital, en particular a
altas cargas. La carga de batería requerida dependerá también del ciclo de trabajo que se
espera de las baterías: los paneles solares son una fuente más confiable de la energía que
las turbinas de viento, algo de energía se generará incluso en días nublados, mientras
que las turbinas eólicas generan ningún poder hasta que un “start-up” de velocidad del viento (normalmente 5 m / s). Las turbinas de viento por lo tanto requieren generalmente los
bancos más grandes de batería, que los paneles solares. En muchos escenarios, el vien-
84
to combinado con
los
sistemas de
energía
solar la
solución más rentable.
Para controlar el equipo de generación de energía y garantizar la máxima potencia de salida, los mecanismos de control sofisticados son necesarios, que tienen un costo adicional.
Las
soluciones de
energía verde pueden
ocupar
una gran
área
y
esto conlleva
un costo adicional de gastos de capital para obras civiles. Las soluciones de energía solar debido a la gran área que ocupan tienen costos muy altos de obras civiles para los sitios
de alta carga, en la siguiente tabla se muestra una lista de precio por equipos.
Tabla 6. 2: Lista de precios según carga para sistemas de alimentación solar.[29]
Sistema de Alimentación Solar
Sistema de energía solar pequeño AC
fuera de la red
Sistema de energía solar mediano AC
fuera de la red
Sistema de energía solar grande AC
fuera de la red
Sistema de energia solar extra grande
AC fuera de la red
Carga
Carga Mensual
Costo
1080 W
162 kWh
$6,930
2160 W
324 kWh
$10,180
4050 W
607.5 kWh
$14,475
5400 W
810 kWh
$24,057
Tabla 6. 3: Lista de precios según carga para sistemas de alimentación eólica. [29]
Sistema de Alimentación Eólica
Carga
Carga Mensual a 12
mph
Costo
Generador Eólico Whisper 100
900 W/12, 24, 36,
48 VDC
100 kWh
$2,495
Generador Eólico Whisper 200
1000 W/12, 24,
36, 48 VDC
158 kWh
$3,015
Generador Eólico Whisper 500
2000 W/ 24 VDC
538 kWh
$8,553
Generador Eólico Whisper 500
3000 W/ 48 VDC
538 kWh
$8,552
85
Tabla 6. 4: Lista de precios según carga para sistemas de alimentación hibrido.
Sistema de Alimentación Eólica
Carga
Sistema de energía Hibrido
3000 W
Carga Mensual a 12
mph
450 kWh
Costo
$14,689
En los siguientes cuadros, a manera de ejemplo (esto debido a que para hacer un cálculo
exacto de lo que podría costar aquí en el país depende mucho de el lugar donde se lleve la
obra civil) se muestran los cuadros CAPEX de una radio-base alimentada con energía solar, eólica y solar-eólica, esto más que todo para tener una referencia de la diferencia de
precios que tienen los diferentes sistemas renovables según la carga y según la solución escogida.
Tabla 6. 5: CAPEX para distintos sitios instalados con energías renovables [27]
Carga de sitio BTS
Localización-Uganda
CAPEX
Generador y paneles solares
Baterías y controlador
Obra civil
Total
1000 W
Diesel
Solar
Carga de sitio BTS
Localización-India Norte
CAPEX
Turbinas eólicas y generador
Baterías y controlador
Obra civil
Total
1000 W
Diesel
Eolica
Carga de sitio BTS
Localización-Somalia
CAPEX
Generador, turbina y paneles solares
Baterías y controlador
Obra civil
Total
1000 W
Diesel
Hibrido
18
0
0
18
18
0
0
18
18
0
0
18
59.7
26.5
12
98.2
39.4
35
12
86.4
45.1
35
12
92.1
2000 W
Diesel
Solar
$'000
18
105
0
41.9
0
12
18
158.9
3000 W
Diesel
Solar
2000 W
Diesel
Eolica
$'000
18
39.4
0
50.4
0
12
18
101.8
3000 W
Diesel
Eolica
2000 W
Diesel
Hibrido
$'000
3000 W
Diesel
Hibrido
18
0
0
18
76.8
50.4
12
139.2
27
0
0
27
27
0
0
27
27
0
0
27
150.4
57.2
12
219
N/A
N/A
N/A
N/A
95.5
65.7
12
173.2
86
Las soluciones de energía verde tienen los gastos operativos sustancialmente más bajos que
los generadores diesel. Los generados tienen un OPEX más alto debido a los costos de
combustible y mantenimiento. Las soluciones de energía verde tienen un OPEX muy bajo,
formado por tres elementos fundamentales: mantenimiento y los costos de reposición mantenimiento de la batería / reemplazo y donde se utilizan, los costos de combustible para un generador de respaldo.
Si la energía renovable no requiere un generador de respaldo debido a que la batería provee
suficiente confiabilidad entonces los costos del diesel son cero. Algunas energías verdes si
requieren un pequeño generador como respaldo. Sin embargo si el equipo de energía renovable está bien diseñado, el recurso renovable debería ser constante, y el uso del diesel debería ser mínimo.
Las soluciones de energía verde tienen un costo mínimo de mantenimiento. Además, debido a la larga vida útil de las soluciones de energía verde tienen un costo mínimo de reemplazo.
Las soluciones de energía verde requieren suficiente capacidad de la batería para proporcionar energía cuando la fuente de energía renovable no es capaz de suplir toda la energía,
por ejemplo en días nublados y demás. Los costos de mantenimiento de las baterías son una
pequeña parte del OPEX de la energía verde. Sin embargo el costo de de reemplazo de baterías son significativos debido a su corta vida en comparación con los equipos de las
energía renovable.
A un costo del diesel de US$1.2/litro la solución solar paga de vuelta el adicional del
CAPEX en aproximadamente 3 años, a un costo de US$2.4/litro la solución solar paga de
vuelta en aproximadamente 18 meses.
87
Tabla 6. 6: OPEX energía solar [28]
Carga de sitio BTS
Localizacion-Uganda
OPEX
Combustible (US$1.2/L)
Reemplazo y mantenimiento del Panel/Generador
Mantenimiento y reemplazo de baterías
Total
1000 W
Diesel
Solar
2000 W
Diesel
Solar
$'000
23.1
0.18
23.1
0.18
8.4
6.6
8.4
0
31.5
2.9
11.3
0
31.5
3000 W
Diesel
Solar
27
0.24
6.6
8.4
7.75
5.9
12.7
0
35.4
6.45
14.4
Figura 6. 19: Grafico comparativo OPEX energía solar/diesel [28]
Para un mismo costo del diesel de US$ 1.2/Litro la solución eólica paga de vuelta el
CAPEX adicional en 2.5 años. Con un costo del diesel de US$ 2.4/Litro la inversión de recupera en aproximadamente 12 meses.
88
Tabla 6. 7: Cuadro comparativo OPEX energía eólica [28]
Carga de sitio BTS
Localización-India Norte
OPEX
Combustible (US$1.2/L)
Reemplazo y mantenimiento del Panel/Generador
Mantenimiento y reemplazo de baterías
Total
1000 W
Diesel
Eolica
2000 W
Diesel
Eolica
$'000
23.1
3.5
23.1
1.2
8.4
4.43
8.4
0
31.5
2.94
7.55
0
31.5
3000 W
Diesel
Eolica
27
N/A
5.18
8.4
N/A
4.78
12.7
0
35.4
N/A
N/A
Figura 6. 20: Grafico comparativo OPEX energía eólica/diesel [28]
Para un mismo costo del diesel de US$ 1.2/Litro la solución hibrida paga de vuelta el
CAPEX adicional en 2.75 años. Con un costo del diesel de US$ 2.4/Litro la inversión de
recupera en aproximadamente 24 meses.
89
Tabla 6. 8: Cuadro comparativo OPEX energía hibrida [28]
Carga de sitio BTS
Localizacion-Somalia
OPEX
Combustible (US$1.2/L)
Reemplazo y mantenimiento del Panel/Generador
Mantenimiento y reemplazo de baterías
Total
1000 W
Diesel
Hibrido
2000 W
Diesel
Hibrido
$'000
23.1
0.18
23.1
0.18
8.4
4.53
8.4
0
31.5
2.9
7.61
0
31.5
3000 W
Diesel
Hibrido
27
0.18
3.76
8.4
4.89
4.78
8.72
0
35.4
6.63
11.7
Figura 6. 21: Grafico comparativo OPEX energía hibrido/diesel [28]
6.6.1.
Costos en sistemas pico hídricos
Al calcular el costo de un proyecto hidroeléctrico se deben considerar los siguientes rubros:
costos de inversión de la obra (directos e indirectos), costos de reposiciones intermedias y
costos de operación y mantenimiento.
90
Los costos de inversión son los costos totales que se deben pagar para un proyecto totalmente construido. Los costos directos incluyen los rubros directos de construcción, terrenos
y servidumbre, y los costos indirectos se refieren a los gastos legales y de administración,
costos de ingeniería por diseños, supervisión de construcción, documentos de licitación,
supervisión y fiscalización de la construcción de la obra y supervisión de la puesta en marcha con asesoramiento al personal encargado, e imprevistos. Generalmente la estimación de
los costos indirectos se hace con porcentajes del costo directo. De esta manera, para cubrir
los costos indirectos, se considera necesario entre el 10 y el 15% de los costos directos de
construcción, con un 5% de dichos costos asignado a gastos administrativos.
Las reposiciones intermediarias se refieren a las obras y equipos que tienen una vida útil
menor a la vida útil del proyecto global y que deben ser repuestos para conseguir un adecuado funcionamiento de las instalaciones.
Para estimar de forma más precisa los costos totales de un proyecto pico hídrico, debe realizarse todo un estudio o anteproyecto donde se detallen las condiciones de sitio, la factibilidad del proyecto, capacidad de generación según caudal y altura de caída, entre otros.
Debido a que cada proyecto posee condiciones particulares y específicas, la estimación de
costos varía considerablemente. A continuación se presenta una tabla con la estimación de
costos considerando las principales factores que implicarían un proyecto hídrico.
Tabla 6. 9 Distribución de costos de las obras [43]
Rubro
Porcentaje
Obras civiles
15 – 40%
Equipo electromecánico
40 – 55%
Infraestructura
10 – 15%
Costo indirectos
10 – 15%
91
Según la tabla anterior, puede observarse que los costos por obras civiles y equipo electromecánico presentan un amplio margen de los costos totales del proyecto, dependiendo las
condiciones particulares del proyecto propiamente.
En forma general, para un sistema de generación resulta importante conocer el costo del
proyecto por cada kilovatio instalado. En la siguiente figura se presentan los costos estimados por cada kilovatio instalado, lo cual permite tener una idea sobre el rango de precios
por los cuales puede oscilar la instalación de una central pico hídrica.
Figura 6. 22: Gráfico de costos para centrales convencionales y baja escala [44]
En el gráfico anterior se puede apreciar la banda o rango de los costos para centrales de pequeña escala, en la cual centrales con capacidades entre los 5kW y 10 kW, su banda de costos varía entre los 1000 y 2000 dólares. Otro aspecto a tomar en cuenta, es el hecho que
existe una tendencia a disminuir el costo por kilovatio instalado, a medida que aumenta la
capacidad instalada de la planta.
92
Con base en consultas realizadas a distintos suplidores de equipo electromecánico se presentan los costos de equipos electromecánicos para distintos valores de potencia.
Tabla 6. 10 Precios de equipo electromecánico [30]
Modelo MHG-T2
Altura (m)
14-20
16-20
24-40
24-40
24-40
Caudal (l/s)
13-18.5
18-23
8-13
13-22
18-30
Potencia
1.5kW
2kW
2 kW
3 kW
4 kW
Precio US$
$2280
$2453
$2528
$2865
$3698
Incluye: Turbina tipo Turgo de un inyector, generador sincrónico de montaje de vertical,
regulador de carga tipo electrónico, tensión de salida 120/240 Voltios.
Finalmente, como se ha indicado en este apartado, para una estimación de costos reales y
precisos de un proyecto pico hídrico, debe realizarse un anteproyecto en el cual se abarquen
todas las variables específicas del proyecto de manera que se delimiten las obras civiles requeridas y el tipo de equipo electromecánico que se instalará.
CAPÍTULO 7: Conclusiones y recomendaciones
7.1 Conclusiones.
La solución energética renovable depende de varios factores tanto como climatológicas,
económicas, fiabilidad y carga, a la conclusión que se llega en base a todo lo expuesto en
el presente trabajo se puede decir que:
· Costa Rica es un país donde el clima es muy variable de una región otra y a pesar de
contar con solo dos estaciones, no se puede utilizar un solo tipo de energía para las
estaciones base, si no que la mejor opción es la combinación del uso de dos tipos de
energías renovables.
· Para cargas de 1000 W o menores se recomienda la solución de energía solar.
· Para cargas de 1300 W o menores se recomienda la solución de energía Solar-Eólica
· Para cargas mayores a la mencionadas se recomienda todavía el uso de energía solardiesel, esto por la fiabilidad y el coste económico que con lleva el uso de soluciones solar o eólica para grandes cargas.
· Debido a las características geográficas, topológicas e hídricas del país, existe la posibilidad de implementar sistemas de generación pico hídricos que alimenten de
forma primaria o secundaría una estación base.
· Para la estimación inicial del potencial bruto disponible de una fuente hídrica, debe
conocerse de forma precisa el caudal disponible y la altura o caída neta de la trayectoria del fluido.
· Una central eléctrica de pequeña escala, pico hídrica, cuenta con equipo electromecánico compuesto por la turbina, el generador, los sistemas de control y las protecciones; siendo los costos de estos equipos muy variables y dependientes de distintos
factores.
93
94
· Los costos de una central pico hídrica varían considerablemente en los factores de
obra civil y equipo electromecánico, ya que entre ambos factores se abarca un 70%
del costo total de la obra, dependiendo directamente de la particularidad del proyecto y las condiciones bajo las cuales será implementado.
· A nivel de costos, debe tener presenta la constante variación en el costo de los equipos electromecánicos, debido tanto al aumento del precio del cobre, como de combustibles, que son utilizados en alguna fase del proceso extracción-venta-fabricación.
7.2 Recomendaciones
Antes de realizar la escogencia de un sitio para la instalación de una radio base alimentada
con fuentes de energía no renovable se recomienda hacer un estudio previo de las condiciones climatológicas y atmosféricas del sitio. Tener las estadísticas de la radiación solar del
sitio por lo menos en el transcurso de un ano, para conocer la radiación mensual que tiene
el sitio.
Así mismo conocer la velocidad que tiene el viento en el sitio a estudiar durante todos los
meses del año.
Sobre dimensionar la salida de voltaje de los generadores eólicos y paneles solares para la
alimentación de las baterías, esto considerando las pérdidas que surgen en las líneas de
transmisión
Se recomienda que para la instalación de una fuente de energía solar se debe contar con un
escenario con las siguientes características:
· Las áreas con abundantes recursos solares, y la duración de la insolación máxima
promedio mayor o igual a 3 horas por día en un año .
· Zonas donde la red eléctrica no está disponible o no confiables.
95
· Zonas con o sin vigilancia, los sitios ubicados en zonas de montanas o aisladas donde
la topografía es complicada y el transporte es difícil.
· Para sitios donde recibe gran radiación solar y quieren ser amigables con el ambiente.
Se recomienda que para la instalación de una fuente de energía Eólica-Solar se debe contar
con un escenario con las siguientes características:
· La red no está disponible o no es confiable.
· La energía solar y eólica se complementen una a otra.
· Las áreas con abundantes recursos solares, y la duración de la insolación máxima
promedio es igual o mayor a 3 horas por día en un
año, y la velocidad media del viento es mayor o igual 4 m/s durante todo el año.
Se recomienda que para la instalación de una fuente de energía hibrida Solar-diesel se debe
contar con un escenario con las siguientes características:
· Sitios donde el pico de insolación máxima fluctúa o es intermitente debido a que está
nublado o por las lluvias
· Sitios remotos que requieren alta confiabilidad y respaldo de energía
· Aplicables a la reconstrucción de las radio bases tradicionales alimentadas con diesel
para reducir el consumo de diesel y su mantenimiento
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ANEXOS
Anexo 1: Vista de las partes de un generador eólico
Anexo 2: Diámetro de la circunferencia de las aspas de un generador eólico
102
103
Anexo 3: Ejemplo de que a mayor altura, mas poder para los generadores eólicos
Anexo 4: Características panel solar Mitsubishi modelo MF120EC4
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Anexo 5: Graficas de radiación contra corriente de corto circuito, voltaje de circuito abierto y potencia
máxima para el panel solar Mitsubishi modelo MF120EC4
Anexo 6: Graficas de temperatura contra corriente de corto circuito, voltaje de circuito abierto y potencia máxima para el panel solar Mitsubishi modelo MF120EC4
105
Anexo 7: Desempeño eléctrico, grafica de voltaje contra corriente
106
Anexo 8: Ejemplo de interconexión de un sistema hibrido solar-diesel